多壁碳纳米管/TiO2复合材料的合成 及其光催化性能

TiO₂被广泛应用于环境污染治理、新能源转换以及传感器等领域.通过负载导电材料复合(碳纳米管）拓宽纳米TiO₂的光谱响应范围，提高光生电子-空穴对分离效率，是有效提高TiO₂光催化性能的研究手段.以多壁碳纳米管和钛酸异丙酯为原料，采用溶胶-凝胶法合成碳纳米管负载的TiO₂光催化剂.利用X射线单晶粉末衍射（XRD）、比表面积（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、激光拉曼（Raman）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis DRS）等对催化剂进行表征.通过在365 nm紫外光照射下，光催化降解亚甲基蓝来研究不同含量碳纳米管负载对TiO₂光催化活性的影响.结果表明，负载2%碳纳米管的TiO₂光催化效果有明显提高，对亚甲基蓝的降解率达90.6%.碳纳米管负载后，样品的比表面积增大，可见光吸收能力和光电流强度增强，光生电子寿命增长.同时，碳纳米管与TiO₂构建了紧密的界面接触关系引起Ti-O键的缩短而有利于光生电子和空穴的分离从而产生大量h+、·OH和超氧自由基等活性基团，能有效提高光催化性能.      

氮掺杂缺陷TiO2增强光催化净化NO性能

半导体光催化技术能利用太阳能有效去除大气低浓度NO_x,因而具有广泛应用前景。半导体光催化净化效率依赖于材料的表界面结构,而在氧空位参与的光催化分子氧活化过程中,缺陷氧化物光催化剂会面临氧填充而失活的问题。本文通过溶液-凝胶法合成了氮掺杂缺陷二氧化钛光催化剂(TiO_2-x-yN_y),TiO_2-x-yN_y可见光光催化净化低浓度(600×10^-9)NO的效率高达72%(20 min),而TiO_2-x去除NO的效率仅为55%,且TiO_2-x-yN_y循环后仍能保持70%的NO去除率。光电流和交流阻抗测试结果表明氮的掺杂能够有效提高材料的载流子动力学分离效率。活性物种捕获实验表明能够产生更多的超氧自由基(·O₂^–),氮掺杂显著增强催化剂活化分子氧的能力。NO-程序升温脱附(NO-TPD),O₂-程序升温脱附(O₂-T...     

水热法合成Ag2CO3/ZnO异质结复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法合成了一系列不同Ag₂CO₃含量的新型Ag₂CO₃/ZnO异质结复合光催化剂, 运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis DRS)等系列手段对所制备的光催化剂进行了表征, 并以紫外光(254 nm)为光源, 评价了催化剂光催化降解甲基橙的活性, 考察了不同Ag₂CO₃复合量、不同水热温度对ZnO复合光催化剂反应活性的影响.结果表明, 当Ag₂CO₃含量为2 %、水热温度为140 ℃, 复合光催化剂具有最大的光催化活性, 降解率达到86.31 %.Ag₂CO₃/ZnO异质结复合光催化剂具有更高的光催化活性主要原因是复合光催化剂对紫外光有很强的吸收能力, 适量Ag₂CO₃能提高光生电子-空穴对的分离效率, 并改善催化剂的物理性能.      

二氧化钛基材料光催化降解VOCs的研究进展

挥发性有机污染物（VOCs）大量排放导致的人体健康和环境问题已引起广泛关注,如何高效环保地去除VOCs一直是催化化工行业领域的热点和难题之一。光催化氧化技术（PCO）被认为是有效的环境污染物治理方法之一。TiO₂作为研究时间最长的光催化剂,具有成本效益高、稳定性好和光催化降解能力强等优点。然而,无法利用可见光和光激发电荷载流子分离效率低等瓶颈问题始终制约着其进一步发展。通过改性来克服TiO₂固有限制和提高TiO₂光催化氧化降解VOCs能力势在必行,立足于TiO₂光催化去除VOCs的基本原理,面向影响光催化反应的关键因素,从掺杂、半导体复合、缺陷工程、晶面工程、载体吸附和形貌调控等几个方面出发对近年TiO₂基材料设计及其在光催化降解VOCs领域应用的研究进行了系统的归纳和总结,并对如何进一步改进基于TiO₂的光催化氧化VOCs技术提出展望。      

两步机械球磨法制备M/TiO2复合薄膜及光催化性能研究

采用两步机械球磨法制备了M/TiO₂（M = Al、Sn、Zn、Ti）双层复合薄膜,利用光学显微镜和X射线衍射仪分析了涂层的微观结构和相组成,测定了薄膜的光催化性能,研究了过渡层材质以及球磨时间对复合薄膜光催化性能的影响。研究表明,TiO₂粉体在球磨过程中的晶体结构未发生显著变化,保持了良好的光催化活性。金属过渡层Al、Sn以及Zn将显著削弱复合薄膜的光催化活性,Ti是复合薄膜的理想金属过渡层,制备的Ti/TiO₂复合薄膜具有优异的光催化性能。随着第二步球磨时间的延长,Ti/TiO₂复合薄膜的光催化性能逐渐降低,这是由于第二层薄膜表面TiO₂含量降低的原因所致。     

不同钛酸四丁酯含量对GO?TiO2复合材料组织结构和性能的影响

以氧化石墨烯和钛酸四丁酯为原料,采用一步水热法制备氧化石墨烯/二氧化钛（GO?TiO₂）复合材料,研究不同钛酸四丁酯含量对GO?TiO₂复合材料组织和性能的影响规律。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、红外光谱（IR）、拉曼光谱（RS）、紫外?可见分光光度计（UV?vis）、热重分析仪（TGA）等对复合材料的微观形貌、物相组成、结构、吸光性和热稳定性进行表征。研究结果表明,随着钛酸四丁酯含量的增加,有利于GO?TiO₂复合材料的均匀分散,提高了GO?TiO₂复合材料的吸光性和热稳定性,但钛酸四丁酯含量过高会使GO?TiO₂复合材料分散性、吸光性和热稳定性下降。当氧化石墨烯质量为320 mg、钛酸四丁酯含量为100 mL时,反应生成的复合材料表面TiO₂分散均匀,缺陷少,D峰与G峰的峰强比（I_D/I_G）值为0.91,氧化石墨烯和二氧化钛复合程度高,复合材料中的TiO₂吸收边缘红移至可见光范围内,并且在440~800 nm可见光范围内的吸收峰明显增强,防腐防污能力增强,复合材料在800 ℃热稳定性相比于氧化石墨烯提高了84.89%。      

对苯二甲酸协同Bi_2O_3/Co_3O_4光催化降解甲基橙的研究

以Bi2O3,Co(NO3)2作为前驱体,采取浸渍法制备了不同Co3O4含量的Co3O4/Bi2O3复合半导体光催化剂。利用红外光谱、固相荧光等对催化剂结构进行了表征。并且对催化剂的光催化性能进行了测试及表征。以甲基橙为光催化反应的模型化合物,考察了Co3O4/Bi2O3复合光催化剂的紫外及可见光催化活性,考察了清除剂对催化剂紫外及可见光催化活性的影响;以对苯二甲酸为探针分子,结合化学荧光技术研究了Co3O4/Bi2O3复合光催化剂表面羟基自由基的生成;利用荧光光谱对催化剂进行了光致发光性能分析。实验结果表明:本实验制备的Co3O4/Bi2O3复合光催化剂,成功扩展了Co3O4的光响应范围,使其具有相当的可见光催化活性。在Co3O4/Bi2O3复合光催化剂系列中,以m(Co3O4)/m(Bi2O3)=0.016型复合光催化剂的可见光活性为最高。     

CeO2/Bi2MoO6纳米复合材料的制备及 其增强光催化降解性能研究

采用水热法制备了一系列不同的CeO₂/Bi₂MoO₆纳米复合材料，分别考察了pH值（2~9）和Ce/Bi摩尔比（3 %~10 %）等因素对其光催化性能的影响.利用X射线粉末衍射、扫描电镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱、瞬态光电流-时间响应等一系列分析测试手段对催化剂的组成、结构、光电性能等进行表征.结果表明，当pH=6时，所制备的Bi₂MoO₆（BMO）晶体形貌为细针状，复合CeO₂后形貌为厚片状，比表面积减小、晶体颗粒增大.在实验室模拟太阳光条件下（300 W氙灯)进行光催化活性测试，分别以罗丹明B（RhB）、亚甲基蓝（MB）和苯酚为模拟污染物，对复合光催化剂的光催化活性进行考察，结果表明，当CeO₂的含量为5 %时呈现出最高的光催化降解活性. 5 % CeO₂/BMO对RhB、MB和苯酚的光催化反应的速率常数分别为0.037 min-1、0.016 min-1和0.007 min-1，相对于纯的BMO分别提高了3.19倍、1.70倍和4.58倍.其光催化性能增强主要原因是CeO₂与Bi₂MoO₆复合后形成异质结有利于光生电子-空穴的有效分离，从而提高了活性自由基的含量.在自由基捕获实验中，超氧根离子自由基（·O2-）、羟基自由基（·OH）和空穴（h+）参与了光催化降解，其影响顺序为:·O2->·OH>h+.      

微米球光催化剂在环境净化及能源转化的研究进展

光催化在污染物降解及能源转化应用方面前景宽广。然而,大部分光催化剂因本身物理结构的缺陷而难以广泛运用。微米球光催化剂具有显著的优点,如低密度、高光捕获能力和载流子分离效率、优异的电子和光学性能、高比表面积、易回收、优良的传递性能和表面渗透能力。这些结构有利于提高光催化性能和实际运用,因而受到广泛关注。重点介绍并讨论了一些典型的微球光催化剂（TiO₂, ZnO, Bi₂WO₆, PbWO₄,BiFeO₃, BiOX (X = Cl, Br, I)等）的制备及这类光催化剂在环境净化和能源转化方面的研究进展,并展望了微米球光催化剂的发展方向。      

石墨烯/半导体复合光催化剂的研究进展

较为系统地介绍了近年来利用石墨烯与半导体复合制备新型复合光催化剂的研究状况,综述了具有纳米结构的钛基、钨基、锌基、铋基等复合光催化剂的研究新进展。提出和分析了石墨烯/半导体复合光催化剂促进光催化机理,认为石墨烯能有效地提高光生电子-空穴对的分离效率,改善催化剂的物理结构和光吸收性能,从而提高光催化活性,最后提出了该领域今后发展和研究的方向。     

晶面协同NaF–TiO2/rGO的制备及其光催化性能

为解决二氧化钛（TiO₂）光生载流子寿命短的问题,以钛酸四丁酯、氟化钠和石墨粉为原料,采用水热法制备了NaF–TiO₂/rGO复合材料,通过透射电镜（TEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线衍射（XRD）、光致发光光谱（PL）、紫外漫反射光谱（UV–Vis）对复合材料的微观形貌、物相组成、晶型、荧光强度等特性进行了表征,并以降解罗丹明B（RhB）测试其光催化活性及降解机理。实验结果表明,制备得到的产物主要为{001}、{101}晶面协同的锐钛矿相TiO₂并均匀分布于rGO表面,NaF与rGO的加入可有效降低其电子–空穴对的复合速率以及带隙宽度从而提高光催化活性。在最佳制备条件下,催化反应80 min后对1×10–5 mol·L–1 罗丹明B（RhB）溶液的降解率可达99.8%,降解速率常数（0.0448 min–1）是NaF – TiO₂的1.67倍,且复合材料的催化性能随其投加量的增大先加强后保持稳定,pH适用范围为3～11;自由基猝灭实验结果表明,在光催化降解过程中,起主要作用的活性物质是·OH和h+。      

TiO2柱撑石墨烯复合材料的制备及光催化性能

通过水热反应合成了TiO₂柱撑石墨烯复合材料, 研究了TiO₂纳米颗粒及TiO₂柱撑石墨烯复合材料的制备以及光催化降解亚甲基蓝性能, 探讨了制备过程中水热反应时间、水热反应步骤对TiO₂纳米颗粒的影响, 并在紫外光下考察了上述两种材料对光催化性能的影响。结果表明, 利用两步水热法且反应时间为10 h时为制备复合材料的最佳条件, 在紫外光的照射下, TiO₂柱撑石墨烯复合材料在降解亚甲基蓝过程中显示出更高的光催化效率, 这项工作开辟了一条新的制备石墨烯–半导体复合材料的途径。     

g-C3N4基光催化剂的制备和应用

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）半导体材料具有无毒、带隙小（2.7 eV）、在太阳光谱中能较好吸收可见光的优点, 是近年来迅速发展的新型可见光催化剂.然而, 纯的g-C₃N₄还存在可见光捕获能力有限、电荷载流子易重组和比表面积小的缺点, 其光催化效率不够理想, 离实际工业大规模应用还有一段距离.文中总结了g-C₃N₄的合成方法.阐述了进一步提高g-C₃N₄活性的方法, 包括孔道和比表面积的调控、贵金属沉积、非金属元素掺杂、半导体复合形成复合材料等.分析了g-C₃N₄基光催化剂在降解有机污染物、光解水制氢、还原六价铬三方面的研究进展, 并对g-C₃N₄基光催化剂的研究方向进行了展望.      

Ag2CO3@AgBr复合光催化剂的制备、表征及其可见光催化性能

采用连续沉淀法合成了类似核/壳结构的Ag₂CO₃@AgBr复合光催化剂.利用氮气物理吸附、X射线粉末衍射、扫描电镜、透射电镜、光电子能谱、紫外-可见漫反射和光电流等测试手段对所制备的AgBr、Ag₂CO₃和Ag₂CO₃@AgBr进行了系列表征,考察了AgBr壳对Ag₂CO₃的组织结构、光吸收、光电流响应性能和光催化性能的影响.结果表明,在Ag₂CO₃晶体表面的复合AgBr纳米颗粒,能显著增强催化剂在可见光区的吸光性能、增大催化剂的比表面积和增强光电流响应强度.在可见光下(400 nm＜λ＜660 nm),催化降解甲基橙测试表明,Ag₂CO₃@AgBr表现出优异的光催化性能,其降解速率常数分别是纯Ag₂CO₃和AgBr的11倍和10倍,同时其稳定性也得到大幅度提高.在核/壳界面中,形成了具有能级匹配的Ag₂CO₃@AgBr异质相结,这种异质相结提高了光生电子和空穴的分离效率,同时壳层AgBr可以阻止主体光催化剂Ag₂CO₃在水溶液中的溶解,提高其稳定性.      

镍掺杂TiO2纳米管的制备及光催化性能研究

通过前驱体水热法成功制备出不同镍掺杂比例的二氧化钛纳米管粉体,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等对其进行检测表征。制备出的镍掺杂二氧化钛纳米管具备相对分离和独立的管状形貌,管径约10 nm,其对应的EDS谱图中出现了镍的特征峰。经500℃热处理后样品呈锐钛矿和晶红石的混晶结构。XPS检测表明掺杂样品中镍主要以Ni²⁺形式存在。样品的紫外可见吸收光谱表明镍掺杂样品的光吸收发生红移且镍掺杂明显提升了样品的光吸收能力。光催化测试表明适宜的镍掺杂能够有效降低二氧化钛光生电子和空穴的复合率,从而提升了纳米管样品对亚甲基蓝的降解率。其中2%镍掺杂纳米管对亚甲基蓝显示出最高的2 h降解率,达到95.7%,而过量的镍掺杂则会对其催化性能产生抑制作用。     

纳微结构Ag2CO3光催化材料的制备 及其在光催化的应用

Ag₂CO₃是近年来发现的一种新型的可见光响应光催化剂，对甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）等染料和苯酚等有机物都具有较高的光催化降解能力.然而，在光催化反应过程中，Ag₂CO₃晶体中的Ag+会被自身的光生电子（e-）还原形成金属Ag单质，随着反应的进行，样品的稳定性和光催化效果迅速降低.贵金属沉积、非金属掺杂和形成异质结等方法，可以使Ag₂CO₃的光吸收得到扩展，同时促进光生电子空穴对的分离，从而提升Ag₂CO₃的抗光腐蚀性能和对污染物的降解效率.通过不同的物理和化学方法调控Ag₂CO₃催化材料的形貌、晶粒尺寸和晶体缺陷等，可以提升其比表面积和光生电子空穴的传输效率，进而提高其光催化活性.文中归纳了近年来Ag₂CO₃光催化材料的研究进展，分析了Ag₂CO₃光催化的特点，阐述了一系列提升Ag₂CO₃光催化性能的方法，并对Ag₂CO₃光催化材料的研究进行了总结与展望.      

TiO2-SiO2复合气凝胶的常压干燥制备及光催化降解含油污水活性

以钛酸四丁酯和正硅酸乙酯为原料,利用溶胶凝胶工艺制备出不同硅含量的TiO₂-SiO₂复合醇凝胶.结合老化液浸泡和小孔干燥工艺,在常压下干燥得到完整的TiO₂-SiO₂复合气凝胶块体.采用扫描电子显微镜、BET比表面积测试、X射线粉末衍射等测试手段对复合气凝胶的微观结构和物化性能进行了测试和表征.测试结果表明,复合气凝胶具有良好的性能,Ti和Si元素在气凝胶中分布均匀.随着SiO₂含量的增加,复合气凝胶的密度逐渐变小,比表面积增大,孔隙率增加,转变为锐钛矿相的相变温度升高.经高温煅烧晶化处理,复合气凝胶转变为锐钛矿相结构.以乳化后的渤海原油水溶液作为含油污水模拟溶液,测试了复合气凝胶对含油污水的催化降解性能.污水降解结果显示复合气凝胶对渤海原油污水具有较好的催化降解活性.在SiO₂摩尔分数低于30%时,随着硅含量的增加,复合气凝胶的光催化降解率升高;但当SiO₂摩尔分数高于30%后,继续增加SiO₂掺入量,反而造成复合气凝胶催化能力下降.对于SiO₂摩尔分数为30%的复合气凝胶,获得了最佳的催化降解效果,90 min催化降解率达95%.