溶胶-凝胶法制备TiO_2及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO2,以甲基橙为模型污染物,考察了影响TiO2光催化活性的主要因素,并采用SEM和XRD等方法对样品进行了表征.结果表明:在450℃下煅烧2h后,可以制得具有较高光催化活性的TiO2粉末.当甲基橙溶液中TiO2的质量浓度为1.0g/L时,光催化效果最佳;TiO2粉末主要具有锐钛矿型晶体结构.     

复合模板剂下制得介孔TiO2光催化活性的研究

以吐温-80（Tween-80）和司班-80（Span-80）为复合模板剂，采用溶胶-凝胶（sol-gel）工艺制得介孔TiO2。通过对甲基橙溶液进行光催化降解试验表明：模板剂的种类与用量、光照距离和甲基橙溶液的原始浓度等因素对所制得介孔TiO2试样的光催化活性产生明显的影响。实验结果证明，本研究所得介孔TiO2材料具有较高的光催化活性，500℃下煅烧5h制备的样品在2．5h内可使浓度为0．02g／L的甲基橙溶液降解率达到94．7％，明显高于市售纳米TiO2粉体的降解率78．1％；通过X-ray衍射分析获知所制TiO2为锐钛矿型。     

WO_3-TiO_2纳米材料的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备WO3-TiO2纳米复合材料,并用透射电镜和X射线衍射对所制备材料进行表征和分析。以WO3-TiO2纳米材料为光催化剂对甲基橙进行光催化降解处理,研究WO3的掺杂量、煅烧温度、光照时间等因素对甲基橙降解率的影响。结果表明:在紫外灯照射下,使用w(WO3)=3%、550℃下煅烧得到的WO3-TiO2纳米复合粉体0.02 g,甲基橙溶液20 mL(ρ=5 mg/L,pH=4),光催化3 h后,甲基橙降解率达到94.93%。     

TiO_2/AC复合光催化剂制备及性能研究

以TiCl4乙醇溶液为前驱物、煤质活性炭为载体,通过溶胶-凝胶法制备活性炭(AC)/TiO2复合光催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和BET比表面积孔径测定仪等对制备的样品进行表征。以光催化降解甲基橙溶液为模型反应,表征其光催化活性,考察了TiCl4/乙醇体积比、煅烧温度和煅烧时间等制备条件对光催化活性的影响。结果表明:在TiCl4/乙醇体积比为1∶20,500℃煅烧2h时,光催化降解甲基橙的活性最高,降解率达到95%;TiCl4/乙醇体积比和煅烧温度对光催化活性影响较大,煅烧时间对光催化活性影响甚小。含少量金红石相的TiO2有利于光催化降解甲基橙。     

TiO2-ZnO复合中空微球的制备及光催化性能

以Ti（SO₄）₂和Zn（NO₃）₂为原料,采用水热法制备TiO₂-ZnO复合中空微球光催化剂。通过FTIR、XRD、SEM、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）、XPS及N₂吸附-脱附等方法对TiO₂-ZnO复合光催化剂的结构和性能进行表征,并以亚甲基蓝（MB）为目标降解物,评价TiO₂-ZnO复合中空微球光催化活性。结果表明,TiO₂-ZnO光催化剂具有中空微球结构,粒径为1~2 μm,比表面积为30.46 m2/g。TiO₂的加入可提高ZnO对光的吸收,有效降低电子空穴复合率。在高压Hg灯照射下,TiO₂-ZnO复合中空微球的光催化性能均高于纯ZnO,其中Zn（NO₃）₂与Ti（SO₄）₂摩尔比为1:0.7条件下制备的TiO₂-ZnO复合中空微球样品表现出较好的光催化活性,光照60 min,对MB的降解率可达95.8%,其光催化降解速率是纯ZnO的4.3倍。      

铁、镉复合掺杂氧化锌纳米粉体的制备及其光降解性能

以ZnCl2,CdSO4,FeCl3和CO(NH2)2为原料采用水热合成法制备了铁镉复合掺杂ZnO纳米材料,并用红外、紫外光谱、XRD等技术对材料进行了表征。以甲基橙为降解底物,以紫外光为光源,探讨了前驱体的干燥温度、干燥时间、煅烧温度、煅烧时间、铁镉的掺杂量以及降解体系pH值对样品光催化降解甲基橙的影响。结果表明:铁、镉复合掺杂制得的改性ZnO粉体属六方晶系,掺杂的铁、镉离子进入了ZnO晶格,没有新相出现,粒子直径在8~9nm;掺杂使得样品红外吸收增加,紫外-可见光谱出现蓝移;在160℃下干燥30min,290℃煅烧1h时所得1.65%Fe-0.39%Cd-ZnO纳米材料的光催化能力最好;在弱碱性条件下,加入质量1g/L时,样品对浓度为20mg/L甲基橙光照2h,其光催化降解率超过85%;甲基橙的光降解遵从一级反应动力学规律。     

Bi_(12)TiO_(20)粉体的制备及性能研究

采用化学溶液分解法制备了Bi12TiO20粉体.通过XRD及光催化降解甲基橙的分析,研究了制备条件对光催化活性的影响.结果表明,在可见光下,前驱体溶液浓度为0.25mol/L,加热温度为70℃,加热时间为3h,煅烧温度为500℃,煅烧时间为2h时,所制备粉体的光催化活性最好,其光催化降解甲基橙的降解率除个别样品外均大于德国Degussa P25.制备出的Bi12TiO20材料的带隙能约为2.28eV.     

La2CoFeO6竹节状中空纳米纤维的制备及其光催化性能

采用静电纺丝法制得La₂CoFeO₆竹节状中空纳米纤维光催化材料。La₂CoFeO₆纳米纤维具有稳定的一维结构, 由菱形晶型的La₂CoFeO₆纳米颗粒相互连接组成, 并存在明显的竹节状中空结构, 其比表面积可达98.7 m²/g。La₂CoFeO₆纳米纤维对自然光具有较高的利用率, 其禁带宽度为1.6 eV。在甲基橙溶液浓度为10 mg/L, pH为2, 催化剂用量为1.5 g/L条件下, 自然光光照2 h后, La₂CoFeO₆纳米纤维对甲基橙的降解率可达96.9%。     

尖晶石型CuAl2O4掺杂对CaCu3Ti4O12陶瓷介电性能的影响

研究了尖晶石型CuAl₂O₄掺杂对CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷显微结构、介电性能以及松弛特征和缺陷结构的影响。在频率为10^-1~10⁷ Hz、温度为153~453 K的条件下测量了样品的介电性能。研究表明, 适量添加CuAl₂O₄, 使样品晶粒尺寸减小并趋于均匀, 击穿场强从CaCu₃Ti₄O₁₂陶瓷样品的3.0 kV/cm提高到13.0 kV/cm, 低频介电损耗减小。介电松弛中的高频松弛过程起源于晶粒本征缺陷的电子松弛过程, 其活化能~0.10 eV基本不变; 随着CuAl₂O₄含量增加, 与界面相关的松弛活化能从0.50 eV减小到0.22 eV, 可能与CuAl₂O₄在样品中引入杂质及更复杂的界面有关; 电导活化能从0.66 eV增至0.86 eV, 归因于CuAl₂O₄第二相抑制了晶界处的载流子跳跃, 提高了Schottky势垒高度。CuAl₂O₄掺杂量大于100mol%, 过量CuAl₂O₄会导致样品晶界势垒崩塌, 样品失去非欧姆特性和巨介电性能。     

Bi2O3-Bi2WO6 直接Z-scheme异质结的制备、表征及光催化还原U(VI)的性能

根据能带理论,以Bi(NO₃)₃·5H₂O为铋源,采用水热煅烧法制备了Bi₂O₃-Bi₂WO₆复合光催化材料,SEM、XRD、XPS、紫外可见漫反射(UV-vis DRS)、电化学阻抗(EIS)等表征手段对材料进行表征与分析,以U(VI)为目标污染物,在可见光下进行光催化还原U(VI)的性能研究。结果表明:与纯Bi₂WO₆相比,Bi₂O₃-Bi₂WO₆复合材料具有较高的光催化活性,当Bi₂O₃与Bi₂WO₆的摩尔比为2.4∶1时,Bi₂O₃-Bi₂WO₆的光催化活性最好,光催化活性增强归因于Bi₂O₃的加入,在Bi₂O₃与Bi₂WO₆界面形成的直接Z-scheme异质结,提高了光生电子-空穴的传输速率,降低了其复合率;另一方面,Bi₂O₃的加入使Bi₂WO₆带隙变小,扩大对可见光的响应范围,从而提高了Bi₂O₃-Bi₂WO₆光催化剂的活性。本研究为设计和合成具有高可见光活性的光催化剂和了解增强U(VI)光催化还原机理提供了新的思路。      

Zn2GeO4微米球的一步合成及其光催化制氢活性

采用微波辅助水热法一步合成尺寸约为5 μm的Zn₂GeO₄微米球。实验研究了微波水热的反应温度、反应时间、乙酸锌与氧化锗的摩尔比等因素对合成Zn₂GeO₄微米球的影响。采用FE-SEM、TEM、XRD和UV-Vis对合成的微米球进行表征。结果表明, 当乙酸锌：氧化锗为6:2, 微波辐射温度为170℃, 反应时间10 min, 尿素用量3.604 g, 制备的Zn₂GeO₄微米球具有良好的光催化效果。实验测试Zn₂GeO₄微米球比表面积为13 m²/g, 在紫外光辐射下, 在甲醇体系中的光解水产氢速率可达到3.76 mmol/(h·g)。该方法缩短反应时间, 增强了光催化活性。     

大尺寸硅酸铋晶体的原料合成、晶体生长及闪烁性能研究

以Si(OC₂H₅)₄和Bi(NO₃)₃·5H₂O作为前驱体、柠檬酸作为溶剂, 按化学计量比配料, 采用溶胶-凝胶法合成并经高温烧结制备了纯相Bi₄Si₃O₁₂多晶粉末, 每批次可合成250 g。以此为原料、<001 >取向BSO为籽晶, 在坩埚下降炉内生长了BSO晶体, 讨论了晶体的析晶行为, 获得了30 mm × 30 mm × 210 mm的高质量BSO晶体。闪烁性能测试表明, 该晶体能量分辨率为18.9%, 光输出为同等条件下CSI(T1)晶体的7.2%。     

一步法制备三维还原氧化石墨烯/NiO超级电容器电极材料及其性能研究

本研究以氧化石墨烯分散液(GO)和硝酸镍(Ni(NO₃)₂·6H₂O)为前驱体, 通过一步水热法制备自支撑三维还原氧化石墨烯/NiO复合电极材料(3D rGO/NiO)。用XRD和SEM等分析结果表明, 纳米NiO颗粒均匀分散在三维多孔石墨烯表面。当GO与Ni(NO₃)₂·6H₂O质量比为1 : 4时, 3D rGO/NiO在电流密度为1 A·g^-1 下比电容可达1208.8 F·g^-1; 当电流密度从0.2 A·g^-1增加到10 A·g^-1时, 复合电极材料电容保持率高于72.6%; 在电流密度为10 A·g^-1下进行恒流充放电循环测试10000次后, 其比电容仍然保持为初始比电容的93%, 表明该复合电极材料具有良好的倍率性能和循环稳定性能。3D rGO/NiO复合电极材料具有比纯NiO或rGO更优异的电化学性能。     

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。     

Zn掺杂二维层状δ-Bi2O3纳米片的光催化固氮性能研究

通过掺杂修饰催化剂形成捕获陷阱, 可以有效抑制光生载流子的复合, 获得高效的光催化固氮效率。以Bi(NO₃)₃·5H₂O、Zn(CH₃COO)₂为原料, 采用溶剂热法制备了Zn掺杂的δ-Bi₂O₃光催化剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等表征手段对其形貌、元素组成、光吸收等性质进行表征。结果表明, 利用这种简单的水热合成方法获得2D薄层状结构的Zn-δ-Bi₂O₃。在常温常压下, 研究了Zn-δ-Bi₂O₃的光催化固氮性能, 并考察了Zn的添加量对光催化固氮活性的影响。结果表明, 可见光照射3 h, 4wt% Zn-δ-Bi₂O₃的氨生成量可达301.6 μmol·L ^-1。采用荧光、光电流、光阻抗等手段探讨了光催化固氮机理, 发现掺杂Zn不仅可以促进价带和导带的轨道杂化, 拓宽可见光的利用范围, 而且可以在δ-Bi₂O₃表面形成陷阱, 降低光生电子和空穴的复合速率, 从而提高光催化固氮效率。     

类鱼骨结构CoFe2O4纳米纤维的制备与性能

采用静电纺丝与高温煅烧相结合的方法, 以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、九水合硝酸铁(Fe(NO₃)₃·9H₂O)和六水合硝酸钴(Co(NO₃)₂·6H₂O)为原料, 制备出了类鱼骨结构的CoFe₂O₄纳米纤维, 并研究了煅烧温度对CoFe₂O₄纳米纤维形貌、磁性能以及微波吸收性能的影响。结果表明: 随着煅烧温度的升高, CoFe₂O₄纤维的结晶度和晶粒尺寸逐渐增大, 纳米纤维的表面形貌由光滑发展为粗糙多孔, 煅烧温度超过800 ℃时, 纳米纤维呈现类鱼骨结构; 随着煅烧温度增加纤维直径逐渐减小, 900 ℃煅烧的纤维平均直径为80.3 nm。所制备的纳米纤维经振动样品磁强计(VSM)测试结果表明, 饱和磁化强度(M_s)随着煅烧温度的升高而增加, 在900 ℃煅烧条件下纤维的M_s达87.13 A·m²/kg。矢量网络分析仪测试结果表明, 不同煅烧温度下纤维的微波吸收性能差异明显, 800 ℃下煅烧的纤维具有最佳的吸波性能。CoFe₂O₄纳米纤维通过磁滞损耗和涡流损耗机制吸收电磁波, 煅烧产生的孔洞和类鱼骨形貌有利于电磁波在孔道表面多次反射从而增加反射损耗。     

掺铜羟基磷灰石微球的制备及表征

铜作为人体含量第二的必需微量元素, 不仅在人体新陈代谢过程中起着重要作用, 同时还具有抗菌性。因此, 合成掺铜羟基磷灰石(Cu-HA)可望获得具有优良生物学性能兼具抗菌性能的生物陶瓷。本研究以硝酸钙、硝酸铜和磷酸氢二钠为原料, 采用水热合成法制备掺铜HA。采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外和原子吸收光谱对样品进行表征。结果表明: 溶液体系中加入Cu²⁺后, Cu取代部分Ca进入HA晶格, 使其形貌由带状转变为花瓣状微球; 但Cu的掺入, 并不影响HA晶体结构; 当溶液中Cu/(Cu+Ca) 摩尔比高于0.05时, HA产物的热稳定性下降。     

表面活性剂对羟基磷灰石纤维形貌的影响

以Ca(NO₃)₂·4H₂O和(NH₄)₂HPO₄水溶液为前驱体, 采用水热均相沉淀法制备了结晶度较高的羟基磷灰石纤维, 研究了表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)和聚乙二醇(PEG)及其含量对产物形貌和相组成的影响。结果表明, 采用这三种表面活性剂制备的产物都是羟基磷灰石, 部分样品含有少量碳酸钙杂质。加入CTAB和SDS均会对纤维的生长起到抑制作用, 得到纤维与球形团聚体并存的产物, 而PEG的加入在一定程度上促进了纤维的生长。     

Effect of preparation conditions on properties of atomic layer deposited TiO2 films in Mo–TiO2–Al stacks

TiO₂ films were grown by atomic layer deposition on Mo electrodes in order to elucidate the dominating conductance mechanism and its dependence on the growth chemistry. TiCl₄ and Ti(OC₂H₅)₄ served as titanium precursors, and H₂O or H₂O₂ as oxygen precursors. The films grown at lower temperatures were amorphous. With increasing growth temperatures the crystallization first started in the TiCl₄–H₂O process. The films grown in this process were clearly leakier compared to the films grown from Ti(OC₂H₅)₄ and H₂O and from Ti(OC₂H₅)₄ and H₂O₂. In the Ti(OC₂H₅)₄-based processes, the application of H₂O₂ instead of H₂O resulted in the films with considerably lowered conductivity, although structural differences in these films were insignificant. Space–charge-limited currents were prevailing in all our amorphous Mo–TiO₂–Al packages. Measurements at different temperatures suggested quite high trap densities likely due to the presence of impurities and structural disorder, while the strong differences in conductivity seemed to be due to different densities of gap states.     

超细钙钛矿型LaCoO3的制备、表征及光催化性能研究

以La₂O₃和Co（NO₃）₂·6H₂O为主要原料,用溶胶-凝胶法结合超临界流体干燥技术制备了超细钙钛矿型LaCoO₃。采用TG-DTA、XRD、FT-IR和TEM检测手段进行表征;以15W的紫外灯为光源,用甲基橙溶液的光催化降解测试超细LaCoO₃的催化活性。结果显示,250℃时经超临界流体干燥,可获取直径小于10nm的无定形LaCoO₃球形颗粒;850℃热处理后,可制得粒径介于15～35nm之间的钙钛矿型LaCoO₃类球形颗粒;900℃时La-Co超细粒子中晶相成分为LaCoO₃和La₂O₃,无定形成分为Co₂O₃,稀土镧影响了钴氧化物的晶化;在超细LaCoO₃催化作用下,10mg/L甲基橙溶液500mL完全降解约需4h。