CeO2 / TiO2 复合体系的有序介孔结构表征

通过有机模板-溶剂热-超临界流体干燥法获得四方相TiO₂有序介孔(2～4 nm) 粉体, 利用浸泡沉淀法将CeO₂ 填充到TiO₂的介孔孔道中, 并用HREM、TEM、BET 等分析技术, 对CeO₂ / TiO₂ 复合体系的有序介孔结构进行了表征, 初步探讨了TiO₂ 介孔结构和CeO₂ 纳米团簇结构的形成机理。结果表明, 所制备的CeO₂ /TiO₂ 体系实现了纳米尺寸结构的均匀复合。      

氧化硅内核结构对核/壳包覆型SiO_2/CeO_2复合颗粒抛光性能的影响

设计合成了以具有放射状介孔孔道(孔径约2.6 nm)的介孔氧化硅(mSiO_2)微球(粒径约300 nm)为内核、以CeO_2纳米颗粒为包覆层(壳厚为15~20 nm)的m SiO_2/CeO_2复合颗粒(粒径在330~340 nm),使用场发射扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、傅里叶转换红外光谱和氮气吸脱附等手段表征了样品的结构。结果表明,使用以实心氧化硅(sSiO_2)为内核的sSiO_2/CeO_2复合颗粒抛光的热氧化硅片其表面粗糙度均方根值(Root-mean-square roughness,RMS)为0.309 nm,材料的去除率(Material removal rate,MRR)为24 nm/min)。mSiO_2/CeO_2复合颗粒有利于得到更低的氧化硅片抛光表面粗糙度(RMS=0.267 nm)和更高的抛光速率(MRR=45 nm/min),且能避免出现划痕等机械损伤。SiO_2/CeO_2复合颗粒中的氧化硅内核结构,对其抛光特性有明显的影响。     

CeO2/ZnO复合光催化剂制备及其可见光催化性能

采用微波超声法,以ZnO为基体原位生长CeO₂晶体,得到CeO₂/ZnO复合光催化剂。利用XRD、SEM、TEM、PL、UV-Vis DRS等方法对制备的材料进行表征,并通过可见光降解AF对样品的光催化性能进行评价。结果表明,ZnO为纳米片互相穿插形成的花形球状结构,其表面附着有纳米CeO₂颗粒,分散性较好。ZnO和CeO₂的摩尔比为20∶1的CeO₂/ZnO复合光催化剂在可见光下表现出良好的光催化活性,光照90 min后对AF的光降解率达到96.44%,较纯相ZnO和CeO₂有显著提高。CeO₂/ZnO的稳定性较好,6次使用后对AF的光降解率仍达到93.53%。机制研究发现,·O₂?是光催化降解AF过程中的主要活性物种。      

研磨-焙烧法制备La2O3/BiOCl复合光催化剂及其对高浓度染料降解性能

首先利用沉淀法合成了BiOCl纳米片, 然后利用研磨-焙烧法将La₂O₃纳米颗粒复合到BiOCl纳米片中, 制备了一系列La₂O₃/BiOCl复合光催化剂(La₂O₃: 1wt%、2wt%、4wt%、8wt%)。运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和光致发光(PL)谱等对样品的晶相、光吸收和表面性能等进行了表征。以紫外灯(λ = 254 nm)为光源, 评价了所制备样品光催化降解高浓度染料酸性橙II(40×10^-6)的活性。结果表明, 经过研磨-焙烧后该系列催化剂均具有较好的结晶性能, 同时2~5 nm的La₂O₃纳米粒子粘附在BiOCl纳米片表面。200℃焙烧制备的1wt%La₂O₃/BiOCl催化剂具有丰富的表面羟基, 对染料表现出较强的吸附性能。该催化剂表现了最高的光催化活性, 活性为纯BiOCl的2.4倍。另外, La₂O₃/BiOCl中的La³⁺提供的氧化-还原势阱可能捕获光生电子, 从而阻止了光生电子(e^-)和空穴(h⁺)的复合, 有利于光催化活性的提高。     

CeO2/石墨烯的合成及其在光催化制氢中的应用

采用具有丰富分级多孔结构的豆芽为模板,经水热法合成仿生形态的纳米CeO₂/石墨烯催化剂。使用XRD、拉曼光谱（Raman）、TEM、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis/DRS）、N₂吸附-脱附仪和光解水制氢系统等分析表征手段对CeO₂/石墨烯催化剂的结构、形貌及光催化性能进行分析。结果表明,所制备的CeO₂/石墨烯光催化剂不仅继承了豆芽模板高孔隙率和大比表面积的特点,而且保持了豆芽的形态和微观特征。该催化剂是由约5.6 nm CeO₂纳米晶与具有生物形态的仿生石墨烯片层结构结合而成。制得的CeO₂/石墨烯复合材料内部存在大量由CeO₂/石墨烯催化剂纳米颗粒堆积而成的纳米孔,其孔径集中分布于15~45 nm左右,这种微观结构使CeO₂/石墨烯催化剂具有超大的比表面积,提高了催化剂对光生电子空穴对的捕获能力。由紫外-可见漫反射吸收光谱可知,CeO₂/石墨烯复合材料的可见光利用率显著增强,光解水制氢效率6 h后可达到671 μmol（h · g）^-1,远高于标样CeO₂的51.67 μmol（h · g）^-1。     

Ag-SiO2-CeF3：Tb3+复合纳米粒子的制备与发光性质

采用简单的液相法在室温下制备了均匀球形的Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺核-壳结构纳米复合发光粒子,并对其结构和性能进行了表征。测试结果表明：Ag-SiO₂表面包覆上了结晶良好的六方晶系的CeF₃：Tb³⁺。Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺纳米复合粒子为球形,尺寸约为45~60 nm,该纳米复合粒子与CeF₃：Tb³⁺一样具有良好的特征绿光发射,均以544 nm附近的Tb³⁺的⁵D₄→⁷F₅跃迁为最强发射峰,内核贵金属Ag纳米粒子对CeF₃：Tb³⁺发光起到了一定的猝灭作用。Ag-SiO₂-CeF₃：Tb³⁺复合材料在生物检测、疾病治疗方面具有潜在的应用。     

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。      

离子液体中Co掺杂介孔TiO2可见光催化剂的制备及性能研究

以离子液体([C₄MIM]BF₄)为模板剂, 采用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO₂和Co掺杂的介孔TiO₂光催化剂。研究了Co掺杂对样品的比表面积、晶相、元素价态、吸光特性及可见光活性的影响。结果表明: 所制备的Co/TiO₂光催化剂为介孔结构的具有较大比表面积的锐钛矿相纳米颗粒; XPS分析表明: Co以Co²⁺取代Ti⁴⁺进入TiO₂晶格形成杂质能级, 降低了TiO₂带隙能, 有效拓展了TiO₂的光响应范围。以亚甲基蓝水溶液为降解对象, 在可见光 (λ>420 nm)下考察制备样品的光催化活性, 结果表明: Co掺杂的TiO₂具有可见光活性, 且0.3%Co/TiO₂的活性最高。     

纳米镍/介孔二氧化硅复合材料的组装及结构和性质 Ⅰ : 纳米镍/介孔二氧化硅复合材料的制备及结构表征

利用介孔组装,可以进行纳米复合材料结构和功能设计。通过溶胶-凝胶方法,采用混合、浸泡和氢热还原工艺,获得纳米镍/介孔二氧化硅复合材料。运用DSC、XRD、XPS、TEM等手段对纳米镍/介孔二氧化硅复合材料进行表征。结果表明,纳米金属Ni颗粒的尺寸由介孔SiO₂的结构和孔径分布决定,受还原温度和成分等影响,在8~20nm范围变化,浸泡法更容易获得纳米金属颗粒均匀分布的复合材料。由于SiO₂介孔结构连通,纳米Ni表面存在氧化,纳米颗粒存在于介孔中形成壳结构。介孔二氧化硅基体中添加稀土元素Ce,有利于增强介孔基体骨架强度,限制纳米颗粒聚集长大。      

氧化铈空心球可控合成及其对Pt基催化剂电催化性能的影响

采用水热合成法, 以碳球为模板, 改变焙烧升温速率, 控制影响铈物种的扩散、渗透及碳球结构的收缩率, 制备了单、双壳层CeO₂空心球。通过微波辅助乙二醇还原氯铂酸法制备了Pt-CeO₂/RGO催化剂, 研究了CeO₂空心球的添加对Pt基催化剂电催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)和电子能谱(EDAX)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)对CeO₂及催化剂的微观结构进行了表征, 利用电化学工作站对催化剂进行电化学性能测试。结果表明: 单、双壳层CeO₂空心球的比表面积为124.44 m²/g、140.95 m²/g, 孔容为0.014427 cm³/(g·nm)、0.018605 cm³/(g·nm), 孔径分布在2~4 nm范围内。催化剂中的CeO₂保持原有的球状形貌, Pt纳米粒子主要分布在CeO₂附近; 当RGO∶CeO₂=1∶2时, 添加了双壳层CeO₂空心球的Pt-CeO₂/RGO催化剂的电催化性能最优, 电化学活性表面积为94.27 m²/g, 对乙醇氧化的峰电流密度值为613.54 A/g, 1000 s的稳态电流密度值为135.45 A/g。     

Sm掺杂核-壳结构介孔SiO2@CeO2复合颗粒的制备和抛光性能

在低模量介孔SiO2(Mesoporous silica, mSiO2)微球表面负载Sm掺杂CeO2纳米粒子,制备了具有均匀完整核-壳结构的非刚性mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒。借助XRD、 SEM、 HRTEM、 STEM-EDX Mapping、 Raman光谱和N2吸-脱附等技术对产物进行结构表征,利用AFM和三维光学轮廓仪评价Sm元素掺杂处理对mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒抛光效果的影响。讨论了Sm掺杂复合磨粒的高效无损超精密抛光机制。结果表明:掺杂处理可使mSiO2@Ce1-xSmxO2(x=0, 0.23)复合颗粒的抛光效率提高近36%,达到84 nm/min,同时获得具有原子量级精度的加工表面,抛光后SiO2薄膜的粗糙度平均值和均方根分别为0.14和0.17 nm。     

Ag-assisted CeO2 catalyst for soot oxidation

In this work, the Ag loaded Ce-based catalyst was synthesized (by the sol−gel method) and its performance was studied by TG, H₂-TPR, XRD, SEM, TEM, BET and XPS. The results show that Ag nanoparticles be successfully loaded onto the CeO₂ surface and the relative content of Ag nanoparticles is about 10.22 wt.% close to the theoretical value (10%). XPS shows that Ag nanoparticles induce a great number of oxygen vacancies in the CeO₂ lattice through the electronic transfer, and H₂-TPR indicates that the Ag-assisted CeO₂ catalyst exhibits a better reduction performance and Ag nanoparticles can promote O⁻ transform into O²⁻. The catalytic activity for soot oxidation was studied by TG under air atmosphere and the activity was found to be obviously enhanced when Ag nanoparticles be load on the surface of CeO₂ (T₁₀ = 386 °C, T₉₀ = 472.5 °C, T_m = 431 °C). The reaction mechanism was also presented and O₂⁻ species is regarded as the determinant factor for the catalytic activity.     

膨润土负载红磷复合材料的吸附富集-定位光降解性能

为了提高红磷催化剂的光催化性能, 选择剥离膨润土(EB)为载体, 将水热处理后的红磷(HRP)负载在EB上, 制得EB/HRP复合光催化剂, 并通过不同手段对催化剂进行表征。选择罗丹明B为模型污染物, 考察了EB/HRP复合光催化剂的光降解性能。结果表明, 随着EB含量的增加, EB/HRP复合光催化剂的光降解效率呈现先增加后减小的趋势, 当EB的质量分数为9%时, 复合光催化剂(EB₉/HRP)表现出最强的吸附性能和光降解性能, 其降解速率常数k值为0.0641 min^-1, 是HRP的2倍。另外, 经过五次循环光降解实验, EB₉/HRP仍具有较高的光催化活性(96.8%)。因此, EB₉/HRP复合催化剂具有较好的光催化活性和稳定性, 有望成为一种降解污染物的高效而稳定的光催化剂。     

石墨/TiO2复合光催化剂的制备和性能

以石墨和纯的TiO₂为原料,采用球磨工艺制备了石墨/TiO₂复合光催化剂。使用XRD、SEM、TEM、XPS和DRS等手段对其性能进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,研究了石墨掺入量、球磨时间对复合光催化剂光催化活性的影响。结果表明,石墨/TiO₂复合光催化剂具有锐钛矿结构,球磨后TiO₂(101)面的衍射峰宽化并右移,TiO₂成为200 nm左右的不规则球状颗粒,在其表面均匀分布着石墨。TiO₂晶粒的Ti-O键的结合能变高,且表面有缺陷产生,使其在可见光区具有显著的吸收。石墨掺入量为5%、球磨时间为12 h的石墨/TiO₂样品对甲基橙具有优异的光催化降解效果,在70 min的降解时间内甲基橙的降解去除率可达95.08%。石墨/TiO₂复合光催化剂的光催化反应速率常数k为0.043035 min^-1,是纯TiO₂的2.64倍。     

介孔TiO2/WO3空心球的制备及其可见光光催化性能

以硫酸氧钛和偏钨酸铵为前驱体, 以柠檬酸作为络合剂, 采用喷雾干燥-高温煅烧两步法制备了介孔TiO₂/WO₃空心球复合材料。利用SEM、TEM、BET、XRD、UV-Vis DRS等手段对样品的形貌、微结构、比表面积、晶相组成和光学性能进行了表征和分析, 以亚甲基蓝为模拟降解物考察其光催化性能。结果表明: 复合材料为介孔空心球状结构, 球体分散好, 直径主要分布在1 μm左右; 球壁由纳米颗粒和空隙构成, 随着煅烧温度的升高, 颗粒粒径不断增大, 空隙孔径不断增大。性能研究结果表明, TiO₂与WO₃复合后, 样品对光的吸收范围扩展到了可见光区域, 这有利于提高太阳光的利用率; 当前驱体中WO₃含量为3mol%, 样品的煅烧温度为500℃时, 复合材料具有最好的光催化性能: 对亚甲基蓝降解率可达99.1%, 而P25的降解率仅为29.5%。     

Large-sized nano-TiO2/SiO2 mesoporous nanofilm-constructed macroporous photocatalysts with excellent photocatalytic performance

Novel large-sized mesoporous nanofilm-constructed macroporous SiO₂ (LMNCMS) with two sets of well-defined 3D continuous pass-through macropores (pore size of 0.5–1.0 μm, wall thickness of 40–50 nm) was prepared through a dual-templating approach, and used as an advanced support for TiO₂ nanocrystalline photocatalyst. The structural and optical properties of the as-prepared materials were investigated by various characterization techniques in order to explore the connections between catalysts’ features and catalytic performance. The photocatalytic activities were evaluated by degradations of methylene blue (MB) and phenol under the simulated sunlight irradiation. To gain insight into the impact of preparation and operation conditions on photocatalytic degradation processes, experiments were conducted at wide ranges of the TiO₂ loading content, calcination temperature, solution pH, and photocatalyst dosage. Nano-TiO₂/LMNCMS exhibited high photocatalytic activity and stability. Rapid matter transport, good accessibility of pollutants to TiO₂ and high light harvesting could mainly account for the superior photocatalytic performance. The trapping experiments were performed to identify the main reactive species in the catalytic reactions.