TiO2/Cu复合材料的光催化降解和抗菌性能研究及机理分析

将钛酸丁酯的水解物与铜离子复合，利用超声水热法制备了TiO₂/Cu复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、热重分析仪(TG)、激光粒度分布仪(LPSA)、X射线衍射仪(XRD)对TiO₂和TiO₂/Cu复合材料的粒径、热稳定性、晶型和分散行为等性能进行测试。研究了TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对有机污染物的光催化降解性能。结果表明：对比模拟太阳光、自然光和无光照环境下，TiO₂/Cu复合材料对有机污染物有很好的光催化降解效率。TiO₂和TiO₂/Cu复合材料对大肠杆菌也具有较好的抗菌和抑菌性能。     

Bi@Bi4Ti3O12/TiO2等离子体复合纤维的制备及增强可见光催化性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质和反应物、乙二醇为还原剂,采用溶剂热法原位合成了新型Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维。利用XRD、SEM、高倍透射电子显微镜（HRTEM）、XPS、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）和光致发光图谱（PL）等分析测试手段研究了Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的结构和性能。结果表明:当反应温度低于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的Bi₄Ti₃O₁₂纳米片随反应温度升高逐渐缩小、增厚,且有金属Bi纳米粒子生成;当反应温度高于210℃时,Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维的纳米片发生堆积、变形、表面金属Bi被氧化成Bi₂O₃。反应温度对Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂等离子体复合纤维的形貌和物相组成有重要影响;Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维对罗丹明B表现出优异的光催化活性,可见光照5 h其降解率达97.8%。Bi@Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂复合纤维光催化性能提高归结于Bi₄Ti₃O₁₂与TiO₂间形成异质结、金属Bi等离子体共振效应及等离子体共振效应与异质结的协同作用。      

AuAg/Bi2O3复合材料的光催化降解和还原性能

先用聚丙烯酰胺凝胶法制备出Bi₂O₃颗粒,然后用光还原法将粒径为6~18 nm的AuAg合金纳米颗粒修饰在Bi₂O₃颗粒表面,制备出AuAg/Bi₂O₃复合光催化剂。AuAg合金纳米颗粒的等离子体共振吸收效应(SPR)使AuAg/Bi₂O₃复合物能吸收波长为~577 nm的可见光,拓展了Bi₂O₃的光响应范围,还促进了Bi₂O₃中光生电荷的分离。以甲基橙(MO)、罗丹明(RhB)和铬离子(Cr(VI))作为目标反应物,在模拟太阳光和可见光照射下考察了AuAg/Bi₂O₃的光催化降解和还原活性,发现AuAg合金纳米颗粒修饰提高了Bi₂O₃的光催化性能。用模拟太阳光照射2 h后,RhB和MO的降解率以及Cr(VI)的还原效率分别提高了~34.2%,~38.0%和~56.7%。同时,AuAg/Bi₂O₃还具有良好的光催化和结构稳定性。基于以上结果,提出了AuAg合金纳米颗粒对Bi₂O₃光催化性能的改性机理。     

简易合成Bi/Bi2MoO6/TiO2复合纳米纤维及其增强的可见光催化性能

以电纺TiO₂ 纳米纤维为基质, 葡萄糖为还原剂, 采用简单一步溶剂热法制备了等离子体Bi/Bi₂MoO₆/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱和光致发光谱等对样品进行表征。以RhB和4-CP为模拟有机污染物, 评价材料的光催化性能。结果表明: 部分Bi ³⁺被葡萄糖还原成金属Bi纳米粒子, 原位沉积在Bi₂MoO₆纳米片上, 同时构筑在TiO₂纳米纤维表面。金属Bi的等离子体共振效应, 有效提高了样品的光催化活性。可见光照50 min, 样品对RhB的降解率为95.8%, 五次循环后仍保持在92%以上; 可见光照180 min, 样品对4-CP的降解率达68.8%。证实该材料具有良好的可见光催化活性和稳定性。     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

微-纳结构TiO2的制备及其紫外屏蔽性能研究

采用液相沉积法将纳米TiO₂负载于酸化微米TiO₂核体，制备具有微-纳结构的TiO₂复合粉体，然后以六偏磷酸钠为分散剂，获得具有优异防晒性能的分散浆。紫外线UV、透射电子显微镜和粒径测试结果表明，微米TiO₂和纳米TiO₂质量比为4∶3时，复合粉体紫外屏蔽性能最佳，且纳米TiO₂比较均匀地负载在微米TiO₂表面，此时粉体颗粒的粒径为312nm。模拟防晒乳液进行防晒测量，结果表明分散浆的紫外屏蔽性能优于复合粉体且具备更好的透明性。流变性能测试表明：分散浆为假塑性流体，具有剪切稀化特性，流动行为符合幂律模型且触变性较小可以长期存放；分散浆黏度随着温度升高而降低，在低固含量条件下，黏度对温度更为敏感。     

纳米TiO2/聚氯乙烯共轭衍生物复合材料的制备及可见光催化性能

聚氯乙烯（PVC）在270℃真空环境中经热处理脱除HCl得到具有共轭结构的PVC衍生物（CDPVC）。纳米TiO₂与CDPVC （质量比为2∶1）经高能球磨复合得到纳米TiO₂/CDPVC复合材料。采用TEM、XRD、XPS、FTIR、SEM和Raman等对纳米TiO₂/CDPVC复合材料进行了分析表征,并采用罗丹明B （Rh B）的光催化降解反应和K₂Cr₂O₇的光催化还原反应评价其可见光催化活性及稳定性。结果表明,TiO₂与CDPVC经高能球磨复合后形成了Ti—O—C结构,该结构有利于提高纳米TiO₂/CDPVC复合材料的可见光吸收能力和光生电子/空穴分离效率。与纳米TiO₂和普通研磨的TiO₂-CDPVC相比,纳米TiO₂/CDPVC复合材料具有较高的可见光催化活性和良好的可见光催化稳定性。其可见光催化机制是CDPVC吸收光子产生光生电子-空穴对,并容易将光生电子注入到TiO₂的导带中,CDPVC内光生电子和TiO₂导带上的光生电子（e_CB-）被吸附在材料表面上的氧捕获产生·O₂-自由基,·O₂-自由基可以直接降解RhB分子,直至最后降解生成H₂O和CO₂。      

锐钛矿型TiO2 / MnFe2O4 核壳结构复合纳米颗粒的制备及其光催化特性

采用柠檬酸盐前驱体技术, 合成了粒径约为20～70 nm 的尖晶石结构MnFe₂O₄ 纳米颗粒, 用聚乙烯亚胺( PEI) 对MnFe₂O₄ 纳米颗粒进行表面处理后, 以异丙醇钛为前驱物, 采用sol2gel 法在纳米MnFe₂O₄ 表面包覆锐钛矿型TiO₂ 纳米层形成核壳结构。利用透射电子显微镜( TEM) 、X射线衍射仪(XRD) 和振动样品磁强计等测试手段对样品的结构、形貌、粒径以及磁学性能等进行了表征。采用罗丹明B 的光催化降解反应对所制催化剂的活性进行了评价。结果表明, 核壳结构TiO₂ / MnFe₂O₄ 复合纳米颗粒的光催化活性随着壳层厚度的增加而增强,当达到一定厚度以后, 其催化活性不随壳层厚度的增加而改变。复合颗粒中TiO₂ 含量达到30 wt % , 反应时间4 h时, TiO₂ / MnFe₂O₄ 磁性光催化剂对罗丹明B 的光降解率达到100 % , 与纯TiO₂ 纳米粉体的催化活性相当, 且光催化活性稳定, 是一种便于回收、可重复使用的高效光催化剂。      

Ag对TiO2@Ag/聚偏氟乙烯复合薄膜性能的影响

采用光化学沉积法和溶液刮膜法制备不同Ag含量的TiO₂@Ag/聚偏氟乙烯(PVDF)复合薄膜,并采用电子万能材料试验机、紫外可见近红外分光光度计和XRD等对TiO₂@Ag/PVDF复合薄膜的物理性能和光催化性能进行表征和分析。研究发现:与TiO₂/PVDF复合薄膜相比,TiO₂@Ag/PVDF复合薄膜的拉伸强度明显提高,但断裂伸长降低,且复合薄膜的响应光谱范围拓宽至可见光区;TiO₂@Ag/PVDF复合薄膜的光催化降解能力随Ag负载量的增加而呈先升高后降低的趋势;同时TiO₂@Ag/PVDF复合薄膜具有优异的重复利用性和可见光区自清洁作用。综上所述,实验所制备的TiO₂@Ag/PVDF复合薄膜能够满足实际应用需要,因此其在光催化降解领域具有潜在的应用前景。      

金红石二氧化钛纳米片的性质及其光催化活性

采用溶胶-凝胶、质子交换和层状剥离的方法, 制备出金红石TiO₂纳米片。利用X射线电子衍射谱(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X光电子能谱(XPS)的价带谱和荧光光谱(PL)等对样品进行了表征, 研究了光生载流子的转移过程。结果证明: 金红石TiO₂纳米片具有较大的比表面积(185.7 m²/g), 厚度约5 nm, 与金红石TiO₂样品相比, 金红石TiO₂纳米片的禁带宽度增加, 氧化还原能力增强; 此外, 纳米片结构能够促使光生载流子快速转移到纳米片的表面并产生有效分离, 阻止了光生电子和空穴的复合, 提高了光催化反应中光生载流子的利用率。金红石纳米片的这些特性导致其具有较高的光催化活性, 紫外光催化降解对氯苯酚的实验表明: 金红石TiO₂纳米片的光催化活性高于金红石TiO₂和锐钛矿TiO₂样品。     

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

Photocatalytic degradation of Orange G on nitrogen-doped TiO2 catalysts under visible light and sunlight irradiation

In this paper, the degradation of an azo dye Orange G (OG) on nitrogen-doped TiO₂ photocatalysts has been investigated under visible light and sunlight irradiation. Under visible light irradiation, the doped TiO₂ nanocatalysts demonstrated higher activity than the commercial Dugussa P25 TiO₂, allowing more efficient utilization of solar light, while under sunlight, P25 showed higher photocatalytic activity. According to the X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV–vis spectra analyses, it was found that both the nanosized anatase structure and the appearance of new absorption band in the visible region caused by nitrogen doping were responsible for the significant enhancement of OG degradation under visible light. In addition, the photosensitized oxidation mechanism originated from OG itself was also considered contributing to the higher visible-light-induced degradation efficiency. The effect of the initial pH of the solution and the dosage of hydrogen peroxide under different light sources was also investigated. Under visible light and sunlight, the optimal solution pH was both 2.0, while the optimal dosage of H₂O₂ was 5.0 and 15.0 mmol/l, respectively.     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

介孔RGO/TiO2复合光催化材料的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法, 以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构引导剂, 柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂原位合成不同GO含量的介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(GO/TiO₂), 再经过紫外灯辐照还原获得介孔还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(RGO/TiO₂)。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行分析表征, 研究了RGO/TiO₂的形貌、孔径分布情况, RGO的引入对光生电子-空穴对寿命、吸附性能、光催化性能的影响。分别在紫外光和太阳光条件下评价了复合材料的光催化性能, 并在紫外光条件下, 对催化剂进行了多次回收循环测试。测试结果表明: TiO₂均匀地生长于RGO表面, RGO/TiO₂为介孔材料; RGO的引入可以有效地抑制光催化剂中光生-电子空穴对的复合, 提高吸附性能和光催化性能, 7wt%RGO/TiO₂显示出对甲基橙的最佳吸附效果; 5wt%RGO/TiO₂对甲基橙具有最佳光催化效果和稳定的催化活性, 经过4次循环后, 紫外光照50 min, 对甲基橙的降解率仍能达到首次降解效率的90%以上。     

可磁分离ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯复合材料的制备及光催化性能

以TiO2(P25)、 Fe(NO3)3·9H2O、 Zn(NO3)2·6H2O和氧化石墨烯(GO)为原料,通过一步溶剂热法合成可磁分离的ZnFe2O4-TiO2/还原氧化石墨烯(rGO)复合材料。采用UV-Vis、 Raman、 XRD、 SEM和EDS对ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料进行表征,并研究不同rGO比例的ZnFe2O4-TiO2/rGO对模拟染料废水亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能。GO在溶剂热反应过程中,被还原成rGO。由于ZnFe2O4和rGO的加入,不仅使ZnFe2O4-TiO2/rGO实现对可见光的吸收,而且使其具有磁性,便于分离和回收利用。当GO质量分数为5wt%时, ZnFe2O4-TiO2/rGO显现出对MB最佳的光催化活性, 60 min光照后的降解率达到99.1%。通过光催化活性物种捕获实验得出ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料降解MB的过程中,活性物种主要为·OH和·O2-, TiO2导带(CB)中的光生电子(e+)转移到ZnFe2O4的价带(VB),遵循Z型转移机制。光催化剂稳定性实验表明, ZnFe2O4-TiO2/rGO复合材料具有优越的稳定性,可作为太阳光照射下降解有机染料的光催化剂。     

TiO2/静电纺PAN基碳复合材料的制备及光催化性能

为了同时提高催化剂的光催化和回收能力,以聚丙烯腈(PAN)和钛酸四丁酯(TBT)作为碳纳米纤维(CNFs)和TiO₂前驱体,通过静电纺丝和热处理方法制备了TiO₂/CNFs复合材料,并通过SEM、XRD、Raman、UV-vis分光光度计等对TiO₂/CNFs复合材料的形貌、晶体结构、光吸收性能、导电性和光催化性能进行了研究。结果表明:随TBT添加量的逐渐增多,TiO₂/CNFs复合材料在热处理过程中卷曲形态逐渐消失,并且TBT在碳化过程中完全转化为锐钛矿TiO₂;TiO₂/CNFs复合材料光吸收边缘由纯TiO₂的紫外光区扩展至可见光区,提高了催化剂对太阳光的利用率;同时,在模拟太阳光照射180 min,TiO₂/CNFs复合材料对RhB的光催化降解率最大可达到95.71%,并且在连续重复使用5次后光催化降解效率仍可达到约90%。      

3D多级孔rGO/TiO2复合材料的构筑及其光催化性能研究

研究以聚苯乙烯(PS)微球为模板、氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法, 利用GO与PS上的官能团和TiO₂前驱体的多重配位反应, 制备了3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料。通过不同手段对样品的结构和形貌进行表征, 研究了PS添加量对rGO/TiO₂复合材料晶体结构、微观形貌及光催化性能的影响。分别在模拟紫外光和可见光下, 以盐酸四环素(TTCH)为目标污染物对不同PS加入量制备的3D多级孔rGO/TiO₂(PS)复合材料的光催化性能进行评价, 并在模拟可见光下, 对3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料进行了多次循环回收测试。结果表明: rGO/TiO₂(PS)复合材料具有3D多级孔块体结构, GO作为基体的增强相通过Ti-O-C键保持多级孔刚性骨架结构的稳定。引入PS增大了rGO/TiO₂(PS)复合材料的比表面积, 3D多级孔rGO/TiO₂(7wt% PS)复合材料对TTCH吸附效率最高, 而3D多级孔rGO/TiO₂(5wt%PS)复合材料光催化活性和稳定性最高, 且经过4次循环回收测试, 其光催化效率仍达81.02%; 模板剂PS的最佳引入量为5wt%。     

TiO2-g-C3N4复合材料的制备及其在水泥石表面的应用

以Ti(SO₄)₂和尿素为原料,采用均匀沉淀法及不同煅烧温度制备了TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用XRD和SEM对g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄复合材料的结构及形貌进行了表征,并以模拟太阳光为光源,甲基橙为目标降解物,对其光催化活性进行了研究。将高催化性能的TiO₂-g-C₃N₄复合材料与水泥石表面结合制备了具有光催化性能的水泥石。结果表明:在300℃和400℃条件下煅烧制备的TiO₂-g-C₃N₄复合材料具有牢固异质结,而在500℃条件下煅烧产生N掺杂的TiO₂。其中400℃条件下煅烧所得TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化性能最好,模拟太阳光光照60 min降解率达到91%。通过拟合计算,发现400℃条件下TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化速率最快。与400℃ TiO₂-g-C₃N₄复合材料结合的水泥石也具有较好的光催化降解性能,模拟太阳光光照240 min降解率可达到90%以上,TiO₂-g-C₃N₄复合材料在400°C可以降低水泥石的初凝终凝时间,并提高其抗压强度。      

宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用宏观尺寸大孔-介孔TiO2-SiO2光催化剂的制备及其在染料降解中的应用

以柱撑式环氧树脂大孔聚合物为模板,制备宏观尺寸的大孔-介孔SiO₂;以其为载体,通过钛酸四丁酯原位水解和高温焙烧制得大孔-介孔TiO₂纳米晶-SiO₂复合材料。应用SEM、TEM、XRD、FTIR和N₂吸附-脱附法对材料进行表征。以偶氮荧光桃红为模拟污染物,用氙灯模拟日光光源,考察了不同条件下大孔-介孔TiO₂-SiO₂的光催化性能。结果表明,大孔-介孔SiO₂具有三维连续贯通的大孔孔道,孔壁为连续的纳米SiO₂薄膜;TiO₂纳米晶以纳米薄膜的形式均匀地原位生长在SiO₂纳米薄膜的两侧,得到的复合材料孔壁上存在丰富的介孔。当焙烧温度为600℃、TiO₂的负载量为15.7wt%、染料溶液浓度为10 mgL-1且pH为3时,大孔-介孔TiO₂-SiO₂光催化剂对污染物的光催化降解效率最高,而且具有良好的重复使用性。