Ti-MOF Derived N-Doped TiO2 Nanostructure as Visible-light-driven Photocatalyst

Nanostructured N-doped TiO₂ photocatalyst has been prepared via a new approach from Ti-based MOF[NH₂-MIL-125(Ti)] precursor. The success of N doping enhances light absorption and narrows the bandgap. Moreover, the as-prepared nanostructure is constructed with tiny nanoparticles and resembles a pie-like morphology inherited from the MOF, which accelerates electron transfer. Hence, as a photocatalyst for the degradation of methylene blue(MB) under visible light irradiation, the N-doped TiO₂(N-TiO₂) nanostructure shows higher photocatalytic activity with a reaction rate constant of 0.018 min^-1 than that of the TiO₂-P25 and TiO₂ under the visible light.     

Enhanced Visible-light Photocatalytic Activity of g-C3N4/Nitrogen-doped Graphene Quantum Dots/TiO2 Ternary Heterojunctions for Ciprofloxacin Degradation with Narrow Band Gap and High Charge Carrier Mobility

Limited visible-light absorption and high recombination rate of photogenerated charges are two main drawbacks in g-C₃N₄-based photocatalysts. To solve these problems, g-C₃N₄/nitrogen-doped graphene quantum dots (NGQDs)/TiO₂ ternary heterojunctions were facilely prepared via a one-step calcining method. The morphology, structure, optical and electrochemical properties of g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ were characterized and explored. The optimal g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite exhibits enhanced photocatalytic degradation performance of ciprofloxacin (CIP) compared with the as-prepared g-C₃N₄, TiO₂(P25) and g-C₃N₄/TiO₂ heterojunction under visible light irradiation. The apparent rate constant of the composite is around 6.43, 4.03 and 2.30 times higher than those of g-C₃N₄, TiO₂ and g-C₃N₄/TiO₂, respectively. The enhanced photocatalytic efficiency should be mainly attributed to the improvement of light absorption and charge separation and transfer efficiency, originating from the narrow band gap and high charge carrier mobility. The active species trapping experiments results showed that the h⁺ and ^·O₂^- were the main active species in the degradation process. A possible photocatalytic reaction mechanism of the g-C₃N₄/NGQDs/TiO₂ composite for the enhanced degradation of CIP under visible light irradiation was also proposed.     

氮铋共掺杂TiO2的合成及其可见光催化性能研究

以纳米管钛酸为钛的前驱体,Bi(NO₃)₃·5H₂O为N源和Bi源,采用水热法制备了N、Bi共掺杂的TiO₂;并以甲基橙为目标降解物考察了所制备样品的可见光催化性能(λ≥420 nm).利用XRD、XPS、UV-Vis DRS、TEM等技术对不同条件下制备的产物进行了表征.结果表明,所得样品主要为锐钛矿型,粒径20 nm左右,掺杂的Bi主要以Bi₂O₃和BiONO₃两种形式存在.N元素除了以NO₃^-的形式存在于BiONO₃中,还有少量N以间隙氮掺杂于TiO₂中形成Ti-O-N键.N、Bi共掺杂的TiO₂在可见光下表现出了优越的光催化性能,其中水热温度为130 ℃,Bi/Ti摩尔比为1%时,催化活性最高.催化活性的提高源于N和Bi的掺杂增加了样品对可见光的利用效率,降低了光生电子空穴的复合速率.     

一步火焰辅助热解法制备Fe掺杂嵌碳TiO2及其光催化性能

以钛酸四丁酯、无水乙醇和无水氯化铁为前驱体,通过一步火焰辅助热解法制备了Fe掺杂嵌碳TiO₂,并研究了样品的光催化活性. 利用扫描电子显微镜及能谱、X射线光电子能谱、X射线粉末衍射和紫外-可见漫反射吸收光谱等对样品的形貌、组分、晶型和光吸收进行了表征,并研究了样品在紫外和可见光下的光催化活性. 结果表明,无需后续热处理可直接得到主要是锐钛矿相TiO₂的样品,Fe³⁺以替位掺杂形式进入TiO₂晶格,随掺杂量增加,样品在可见光区域的吸光度提高,吸收带边红移. Fe掺杂量（摩尔分数）小于0.2%可改善样品的光催化活性,当Fe掺杂量为0.1%时,样品在可见光和紫外-可见光照射下均显示出最高的降解亚甲基蓝速率.     

LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列的构筑及可见光光催化性能

TiO_2纳米管阵列具有较高的光催化活性,但可见光吸收弱,限制了其太阳能利用和环境应用。窄带隙的钙钛矿(ABO3)型氧化物能够吸收大范围波段的可见光,且稳定性高,但光催化活性低。本文首先采用溶胶-凝胶法合成了LaCoO_3纳米颗粒,然后利用电泳沉积技术将LaCoO_3纳米颗粒修饰于TiO_2纳米管阵列表面,构筑了LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列。扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)的表征结果显示溶胶-凝胶法合成的纳米颗粒为LaCoO_3,其尺寸均匀,结晶度高,平均粒径约为100nm。LaCoO_3纳米颗粒与TiO_2纳米管阵列之间的结合力好。紫外可见吸收光谱(DRS)显示,随着电泳沉积时间的延长,LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列的吸收带边逐渐红移700nm。可见光下光催化降解甲基橙(MO)的结果表明,电泳沉积15 min制得的LaCoO_3-TiO_2纳米管阵列对MO的光催化效率最高,其降解速率是相同条件下TiO_2纳米管阵列的4倍。光致发光光谱和电化学阻抗谱证实LaCoO_3纳米颗粒的负载有效地促进了光生电荷的分离和传输,可见光光催化活性明显增强。     

LaNiO3/TiO2纳米管阵列的电化学制备及其光催化性能

利用脉冲电沉积与高温退火相结合的方法制备了镍酸镧(LaNiO₃)纳米颗粒负载的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列. 修饰于TiO₂纳米管阵列上的LaNiO₃纳米颗粒粒径小（< 10 nm）、分布均匀、负载量可控,一些LaNiO₃纳米颗粒沉积于TiO₂纳米管内. 紫外可见吸收光谱显示,LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的吸收带边较TiO₂纳米管阵列明显红移,可见光吸收明显增强. 可见光下光催化降解罗丹明B（RhB）的结果表明,脉冲循环沉积500次制得的LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是TiO₂纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.     

Keggin型铬取代的磷钨杂多阴离子/二氧化钛纳米膜光催化剂的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯Ti(OC₄H₉)₄为TiO₂前驱体,Keggin型铬取代的杂多阴离子PW₁₁Cr为可见光活性组分,采用溶胶-凝胶提拉法在玻片表面制备了PW₁₁Cr/TiO₂纳米膜光催化剂,并用UV-Vis DRS、IR、XRD、SEM和TEM等技术手段对催化剂的光吸收性质、化学组成、晶相和表面结构形貌等进行了表征;讨论了膜中PW₁₁Cr和TiO₂相互作用的方式;以染料模型污染物RhB的可见光催化降解为探针,评估了PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂的可见光催化活性,讨论了光催化反应机理,并与TiO₂的光催化反应机理进行了比较;考察了焙烧温度、PW₁₁Cr剂量和溶液pH值对光催化活性的影响;最后用RhB的循环降解实验评估了催化剂的光催化稳定性。 实验结果表明,PW₁₁Cr/TiO₂光催化剂对可见光有明显吸收,较低焙烧温度(100 ℃)下得到的膜为无定形结构,而较高焙烧温度(500 ℃)为纳晶结构;前者的光催化活性较高,在200 W金卤灯照射下降解10 μmol/L RhB,120 min的降解率为95%,4 h的COD去除率为72%;羟基自由基是导致RhB降解的主要氧活性物质;低的膜处理温度,高的PW₁₁Cr负载量和溶液酸性有利于提高PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性;经循环重复使用10次,PW₁₁Cr/TiO₂膜的光催化活性仅有较少损失。     

One Step Preparation of Highly Dispersed TiO2 Nanoparticles

A facile approach was developed to prepare highly dispersed TiO₂ nanoparticles with selected phase. The crystallization phase of the nanoparticles can be easily tuned from anatase to rutile by the dosage of hydrochloric acid in the reaction system. The crystallite size of the as-prepared anatase TiO₂ nanoparticles was ca. 3.2 nm with high dispersion. A transparent TiO₂ colloid was obtained by dispersing the as-prepared anatase TiO₂ nanoparticles in deionized water without any organic additives added. The concentration of TiO₂-H₂O colloid can be as high as 1600 g/L. The optical transmittance of TiO₂-H₂O colloid with a low concentration was nearly 100% in the visible region. Furthermore, anatase TiO₂ nanoparticles(TiO₂-NPs) showed superior photocatalytic performance compared to rutile TiO₂-NPs.     

氟钒锰共掺对TiO2柱撑膨润土光催化脱硝性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备氟钒锰共掺改性的TiO₂柱撑膨润土，使用XRD、氮吸附、UV-vis光谱和SEM等手段对其进行了表征测试，并对其室温下的可见光催化脱硝性能进行了评价研究。结果表明，对于NO质量浓度为661 μg/m³的气体，F-V-Mn共掺TiO₂柱撑膨润土的光催化脱除效率近似达到100%，而NO质量浓度提升至1657 μg/m³时，光催化效率为81.9%，与未柱撑的F-V-Mn共掺TiO₂相比提高了33.8%。F-V-Mn共掺TiO₂柱撑膨润土上光催化脱反应速率常数最大，是V-Mn共掺TiO₂柱撑膨润土的2倍，且前者的抗水和抗SO₂中毒能力也更强。TiO₂柱撑不仅保留了膨润土的片状晶体结构，而且使膨润土层间距由0.667 nm增大至0.710 nm，吸附能力增强；同时，掺杂元素能抑制TiO₂金红石相生长，降低TiO₂禁带宽度，提高可见光响应，延长使用寿命，拓宽应用范围。     

Characterization and photocatalytic properties of silver and silver chloride doped TiO2 hollow nanoparticles

Using polystyrene（PSt） particles as template,PSt/TiO₂ composite particles with AgCl incorporation were prepared through hydrolysis of tetrabutyl titanate in the presence of AgNO₃ and NaCl.AgCl doped TiO₂ hollow particles were successfully prepared with the PSt/TiO₂ composite microspheres pretreated at 180℃followed by calcination.The morphology of PSt/TiO₂ particles and the crystal structures of the AgCl doped TiO₂ hollow particles were characterized.The photocatalytic activity of the doped TiO₂ hollow particles in degradation of Rhodamine B was tested under UV and visible lights and compared to that with Ag doped TiO₂ particles.The results showed that TiO₂ hollow particles,either doped with Ag or AgCl,demonstrated higher photocatalytic activity than the pure TiO₂ particles.This enhancement in photocatalytic activity was more significant with AgCl doped TiO₂ than that with Ag doped,and more distinct when the degradation was done under visible light than that under LTV light.     

铋掺杂介孔二氧化钛的制备及光催化动力学

以介孔分子筛(KIT-6)为载体,采用溶液浸渍法合成了铋(Bi)掺杂的介孔二氧化钛(TiO₂)光催化剂。利用XRD、TEM、SEM、XPS、N₂吸附-脱附法和拉曼光谱法等技术手段对材料的结构和形貌进行表征。通过紫外-可见吸收光谱法考察了催化剂对罗丹明B光催化降解效率,进一步考察了Bi的掺杂量对光催化反应速率的影响,并对光催化降解动力学进行了初步研究。结果表明,Bi掺杂的介孔TiO₂具有较窄的孔径分布(3~4 nm),而且吸收范围扩展到可见光区,其光催化活性明显高于商品TiO₂(P25)。随之Bi掺杂量的提高,反应速率常数也增大,其光催化降解罗丹明B的反应均符合准一级动力学方程。     

A novel N-doped TiO2 with high visible light photocatalytic activity

A novel N-doped TiO₂ with high visible light photocatalytic activity was obtained by treating nanotube titanic acid (NTA) in NH₃ flow and investigated by means of XRD, TEM, ESR and XPS. The ESR results revealed that the visible light photocatalytic activity is originated from N-doping into TiO₂ with the forming of triplet paramagnetic species, the higher triplet paramagnetic species concentration, the better visible light photocatalytic behavior.     

氢氟酸加入量对钛基半导体结构演变及光催化性能的影响

以钛酸丁酯为钛源,氢氟酸为氟源,采用溶剂热法制备了一系列钛基半导体纳米晶,考察了氢氟酸加入量对纳米晶结构演变的影响,并通过光催化产氢、光降解罗丹明B及瞬态光电流响应测试了所得纳米晶的光催化性能。当不加氢氟酸时,所得纳米晶为TiO_2纳米颗粒,主要暴露{101}面。加入少量氢氟酸时,所得纳米晶为主要暴露{001}面的TiO_2纳米片,这是由于氟离子吸附于纳米晶表面,降低{001}面表面能所致。由于{001}面与{101}面间的晶面异质结促进了载流子分离,该样品表现出了最高的光催化性能。继续增加氢氟酸加入量,氟离子开始进入晶格构成新晶相,所得纳米晶的表面与体相均形成TiO_2与TiOF_2混合相,形貌呈现片层堆叠结构,光催化性能下降。当进一步增加氢氟酸加入量后,氟离子全部进入晶格形成大颗粒(NH_4)_(0.3)TiO_(1.1)F_(2.1)。因其具有不适宜光催化反应的能带结构,该物质表现出了较差的光催化活性,但其可作为制备氮、氟掺杂钛基半导体材料的前驱体使用。     

Ag2O/TiO2纳米线异质结的制备及可见光催化性能

采用化学沉积法制得了氧化银/二氧化钛纳米线异质结(Ag₂O/TNWs)可见光催化剂. 应用扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对催化剂进行表征, 并以甲基橙降解为模型反应研究了其光催化性能. 结果表明, 与负载等量氧化银的二氧化钛纳米粒子(Ag₂O/P25)催化剂相比, Ag₂O/TNWs纳米线异质结具有优异的一维增强可见光催化性能.     

二氧化钛包裹金纳米棒核壳材料的制备及其光解水制氢

利用溶胶凝胶法制备了金纳米棒(GNR)与TiO₂的核壳结构复合材料--GNR@TiO₂,粒径为200 nm左右。 经水热晶化后的材料粒径为300 nm左右,GNR形貌和局域表面等离子共振(LSPR)峰保持稳定,其外边包裹着树枝状的锐钛矿相TiO₂壳层。 采用X射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外可见吸收光谱、光催化制氢性能等技术手段测试表征了样品的结构及性能。 结果表明,晶化后的GNR@TiO₂在可见光范围内制氢速率为31.0 μmol/(g·h),相较与晶化前7.3 μmol/(g·h)得到了明显提升。 最后结合实验结果和时域有限差分(FDTD)分析了催化产氢机理:LSPR促进了可见光吸收,锐钛矿TiO₂对电场的增强促进了光生电子-空穴分离,同时晶化后的TiO₂壳层疏松多介孔,增加了活性位点,有利于传质。     

量子点自修饰TiO2p-n同质结的构建及光催化性能

在n型TiO₂纳米片表面原位沉积p型TiO₂量子点构建了量子点自修饰的TiO₂ p-n同质结(PNT-x), 并利用透射电子显微镜(TEM)、 X射线衍射(XRD)、 傅里叶变换红外光谱(FTIR)、 X射线光电子能谱(XPS)、 稳态荧光光谱(PL)、 拉曼光谱(Raman)、 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、 电化学测试及电化学交流阻抗谱(EIS)对复合物的组成、 结构和光催化性能进行了表征和研究. 结果表明, PNT-x具有TiO₂量子点自修饰的结构, 量子点和纳米片中分别含有金属缺陷和氧缺陷, 其含量随组成变化可控, 并使得PNT-x表现出p-n同质结的典型特征, 与n-n Ⅱ型同质结以及块状p-n同质结相比, PNT-x中费米能级相差更大, 界面内电场更强, 具有更高的电荷分离和传递效率. 光照下, 样品的光催化活性顺序为PNT-400>p-25>PNT-600>PNT-200>p-TiO₂>n-TiO₂, 其中PNT-400的光催化产氢速率高达41.7 mmol·g^-1·h^-1, 分别为n-TiO₂纳米片、 Ⅱ型同质结和块状p-n同质结的4.3倍、 3.6倍和2.3倍, 并表现出优异的催化稳定性.     

g-C_3N_4/BiOBr异质结光催化剂的制备与可见光催化活性

以三聚氰胺作为合成g-C_3N_4纳米片的前躯体,以Bi(NO3)3·5H2O和KBr作为合成BiOBr的原料,采用水热法构建g-C_3N_4/Bi OBr二维异质结可见光催化剂,有效的晶面复合和合适的能带组合有助于增强g-C_3N_4和BiOBr的可见光催化活性。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、光致发光光谱(PL)和紫外-可见漫反射光谱(UVvis DRS)等方法表征其结构、光学性质以及组成结构。在可见光(λ420 nm)下以光催化降解RhB来评价合成催化剂的光催化活性,结果表明,g-C_3N_4/BiOBr光催化降解罗丹明B(Rh B)的效率高于单体g-C_3N_4和BiOBr,并对g-C_3N_4/BiOBr增强可见光催化RhB机理进行解释。     

Si掺杂TiO2催化剂的结构与可见光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备出Si⁴⁺离子掺杂的TiO₂可见光催化剂 (TiO₂-xSi),该催化剂的可见光催化活性高于纯TiO₂和N掺杂的TiO₂(TiO₂-N).利用XRD、XPS、FT-IR和UV-Vis DRS等表征技术,研究了TiO₂-xSi催化剂的晶体结构、能带结构和表面性质.研究发现:掺入Si⁴⁺离子在TiO₂粒子表面主要形成Ti-O-Si结构,并在导带下0.2-0.6 eV区域形成表面态能级,该表面态能级的存在是催化剂产生可见光响应、实现可见光催化的根本原因.另外,讨论了Si⁴⁺离子的掺杂对金红石相和晶粒的生长抑制作用,以及催化剂的比表面积和表面羟基物种增加对可见光催化活性的影响.     

氮-硫共掺杂二氧化钛光催化剂的制备及其可见光催化活性

采用研磨煅烧法,以硫脲(TU)作为氮源和硫源,H2TiO3(HT)为TiO2的前驱体,制备了不同TU/HT比例的N,S共掺杂TiO2光催化剂(NS/TiO2);利用X射线衍射仪、透射电镜、X射线光电子能谱仪、拉曼光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪等分析了NS/TiO2的晶体结构、显微形貌、典型元素的化学状态以及光谱性质;利用BET法测定了NS/TiO2的比表面积,同时测定了其在可见光照下催化降解罗丹明B的活性.结果表明,当TU/HT质量比为0.5时,NS/TiO2的光催化活性最佳,光照70min时的罗丹明B降解率为44.4%.氮元素以NH3形式吸附在TiO2表面,硫元素以S6+形式存在,部分S6+取代Ti 4+的位置.与此同时N,S共掺杂使得TiO2的禁带宽度减小,可见光催化活性提高.