石墨烯薄膜修饰TiO2纳米管光电极制备及性能

为提高TiO₂光催化剂的可见光催化活性,采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO₂纳米管,利用阳极电化学沉积构筑了石墨烯薄膜修饰的TiO₂纳米管光电极,并利用扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱及紫外-可见漫反射光谱对其表观形貌、组成结构及光吸收性能进行表征．结果表明:石墨烯有效地修饰在TiO₂纳米管表面,且以透明薄膜形式存在．此外,石墨烯薄膜修饰显著拓展了TiO₂纳米管的可见光响应范围．以甲基蓝为探针分子,考察了阳极沉积电压及沉积时间对所制备石墨烯薄膜／TiO₂纳米管光电极光催化性能的影响．结果表明:阳极沉积电压为+0.8 V、沉积时间为10 min时,制备的石墨烯薄膜／TiO₂纳米管光电极对甲基蓝的光催化降解效果最佳．模拟太阳光下光照120 min对甲基蓝的降解率为65.9％,是纯TiO₂纳米管光电极的1.35 倍．     

N、Ce共掺杂Ti02的制备及其光催化活性

采用溶胶．凝胶法制备沸石负载N、Ce共掺杂的二氧化钛光催化剂,以亚甲基蓝溶液为目标降解物研究该催化剂的光催化性能,并讨论催化剂浓度、pH值以及焙烧温度等对样品光催化性能的影响．结果表明：催化剂的焙烧温度为300℃时催化剂的催化活性最高,在反应体系中,催化剂浓度为60gru,pH=7时样品的光催化效率最佳,共掺杂的样品可见光活性高于单掺杂的样品．可见光辐射共掺杂的样品3h,亚甲基蓝的去除率可以达65％．     

具有可见光响应的改性纳米TiO2研究进展

通过改性可以改变TiO₂只有在紫外光激发下才显示出较高光催化效率的特点,使其在可见光范围也显示出较高的活性。本文综述了纳米TiO₂改性方面的研究进展,指出通过元素掺杂、贵金属修饰、聚合物修饰、半导体复合、染料敏化等手段对TiO₂进行改性,可以减小纳米TiO₂禁带,提高纳米TiO₂对可见光的响应性和量子效率。分析认为,实验室制备的改性纳米TiO₂可见光光催化效果已经比较理想,解决回收难、工程易操作性等问题是未来的发展方向。     

TiO2/石墨烯复合材料的水热法合成与光催化性能

为了提高TiO₂的光催化性能,采用水热法一步制备了TiO₂/石墨烯(TiO₂/RGO)复合物．采用XRD、FT-IR、RS、UV-Vis DRS、TEM等测试方法对其进行了表征,并研究了不同质量比的复合物在可见光下对甲基橙(MO)的光催化降解．结果表明:在TiO₂/RGO复合物中,TiO₂以10 nm左右的颗粒均匀地分散在石墨烯层上;与在同等条件下制备的TiO₂相比,TiO₂/RGO复合物在可见光区吸收明显增强,吸收边缘红移了20 nm;质量比为1∶0.005的TiO₂/RGO复合物,2 h内的降解率达到74.79％．可见将石墨烯与TiO₂复合,能够有效地提高TiO₂的可见光催化性能．     

Pd纳米晶修饰TiO2纳米管阵列光电极的制备及性能

为提高TiO₂的可见光催化性能,采用阳极氧化法在Ti箔上原位生成TiO₂纳米管阵列,再利用阴极电沉积法制备了贵金属Pd纳米晶修饰的TiO₂纳米管阵列光电极,并利用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线光电子能谱（XPS）及紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）对其表观形貌、表面形态及光吸收性能进行表征．结果表明:Pd纳米晶有效地修饰在TiO₂纳米管阵列的表面,且以Pd⁰形式存在．此外,Pd纳米晶修饰明显拓展了TiO₂纳米管阵列的可见光响应范围．以甲基蓝为模型污染物,重点考察阴极沉积电压及沉积时间对其光催化性能的影响．结果表明:阴极沉积电压为-0.8 V、沉积时间为10 min对甲基蓝的光催化降解效果最佳,且符合拟一级反应动力学模型．模拟太阳光下光照120 min对甲基蓝的降解率可达71.4％,是纯TiO₂纳米管阵列光电极的1.5 倍．     

氯氧化铋/氧化亚铜复合材料的制备及其可见光催化性能

通过水热法成功制备了BiOCl/Cu₂O 复合材料, 是一种良好的可见光响应的光催化剂。通过X 射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis) 和电化学阻抗谱(EIS) 等分析方法对BiOCl/Cu₂O 复合材料进行表征分析。以酸性橙(AO7) 为目标污染物进行光催化降解实验, 探究了BiOCl/Cu₂O 复合材料的光催化性能和降解机制。XRD 结果表明, 随着BiOCl 含量的增多, BiOCl 的衍射强度逐渐上升。SEM 结果表明, BiOCl 小纳米片附着在相对较大的八面体Cu₂O 表面形成复合结构。通过UV-vis 和EIS 分析结果可知, 复合材料的带隙相较于Cu₂O 略微增大但其阻抗明显变小。降解实验结果表明, 质量比为3 : 5 的BiOCl/Cu₂O 复合材料在90 min时的可见光催化降解率(56.8%) 明显高于Cu₂O 的降解率(26.3%), 其降解速率常数(0.009 3 min^-1) 是纯Cu₂O(0.003 3 min^-1) 的2.8 倍。自由基捕获实验表明BiOCl/Cu₂O 复合材料光催化过程中起主要作用的活性物种是超氧自由基(·O_{2^- )。6 次循环降解实验后光催化剂BiOCl/Cu2O(3 : 5) 对AO7 的降解率仍可达到48.3%。BiOCl 与Cu2O形成的异质结构在一定程度上降低了表面转移电阻, 加快了光催化过程中光生电子的转移速率, 提高了光生电子和空穴的分离率, 增强了光催化效果。}     

KBrO3协同载贵金属TiO2光催化降解阿莫西林

为提高二氧化钛光催化去除阿莫西林的效率,利用光沉积法制备了载贵金属TiO₂催化剂 (M／TiO₂,M为Ru、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt或Au),研究紫外光(365 nm)下KBrO₃协同M／TiO₂光催化降解阿莫西林的活性,并以KBrO₃协同Rh／TiO₂研究实验条件对催化活性的影响．结果表明：M／TiO₂光催化降解阿莫西林的催化活性与贵金属的功函数密切相关;KBrO₃对不同M／TiO₂光催化降解阿莫西林的反应均具有很好的协同效果;在Rh载量为0.1％(质量分数)、催化剂质量浓度为0.15 g／L、KBrO₃浓度为0.5 mmol／L、溶液pH为5的条件下,20 mg／L的阿莫西林溶液90 min光催化降解率达100％,且该反应符合一级反应动力学模型．     

磷和硼共掺杂石墨相氮化碳的制备及其光催化性能研究

以磷酸钠为磷源,以氧化硼为硼源,采用元素掺杂法对石墨相氮化碳进行非金属元素共掺杂,以此来提高其对有机污染物的降解效率。分析测试结果表明：2种元素的共同掺杂使石墨相氮化碳在可见光范围内的响应能力增强,从而提高了样品对可见光的利用效率。此外,共掺杂还能够减小样品的能带宽度,抑制光生电子和空穴的复合效应,进而提高样品的光催化活性。两元素共掺杂的样品对罗丹明B具有良好的降解稳定性和循环使用性,其光催化降解速率是纯石墨相氮化碳的59.2倍。     

CeVO4/g-C3N4的制备及其降解盐酸四环素性能

以简单的水热法制备了CeVO4/g-C3N4光催化剂,通过XRD、SEM、TEM、UV-Vis、FT-IR、XPS、PL等检验并分析了所制备复合催化剂样品的复合情况、纯度、形貌等,考察了掺杂0～50％CeVO4的复合光催化剂CeVO4/g-C3N4于模拟可见光下降解盐酸四环素的光催化性能.实验结果表明,以20 mg/L盐酸四环素为降解底物,负载30％CeVO4的CeVO4/g-C3N4样品在模拟可见光下3 h内对目标底物降解效率达90.5％.制备的CeVO4/g-C3N4光催化剂光催化性能优良,相同时间内对盐酸四环素的降解率是纯CeVO4的2倍,是纯g-C3N4的3.7倍.     

负载纳米TiO2石英砂功能集料-水泥石的界面粘结性能

光催化水泥基材料是先进建筑功能材料的研究热点之一,但传统内掺法制备的TiO₂-水泥基复合材料中TiO₂有效利用率低、经济效益差。针对此问题,采用负载法制备纳米TiO₂功能集料（QST）,并将QST集料负载于普通水泥砂浆表面。研究QST集料对水泥砂浆干缩性能的影响,通过拉拔法测试QST集料与水泥石的界面粘结力;采用SEM、EDS、MIP等微观测试方法,研究纳米TiO₂对集料-水泥石界面过渡区水化产物、孔结构的影响。结果表明：与普通石英砂集料相比,表面负载纳米TiO₂的石英砂功能集料可减少水泥砂浆的干缩,提高集料-水泥石的界面粘结力。在QST集料-水泥石的界面过渡区,纳米TiO₂促进了水泥浆体的水化,减少了界面过渡区Ca(OH)₂的富集,细化并改善了界面过渡区的孔结构。     

Photocatalytic activity of Mo+Fe Co-doped titanium dioxide nanoparticles prepared by Sol-Gel method

Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were synthesised by sol-gel method. X-ray diffraction and transmission electronic microscopy morphologies showed that the Mo+Fe co-doped TiO2 nano powders were pure anatase phase, with the average crystallite size around 20 nm. UV-Vis and photocatalic activity measurements show that this Mo+Fe co-doped TiO2 can absorb visible light, have higher separation efficiency of photoinduced electrons and holes, and possess higher photocatalytic activity compared with anatase TiO2. The enhanced photocatalytic activity of Mo+Fe co-doped TiO2 verified that doping by transition metal ions can also modify the energy band and reduce the recombination centers in TiO2.     

Photocatalytic activity of lanthanum and sulfur co-doped TiO<Subscript>2</Subscript> photocatalyst under visible light

A novel lanthanum and sulfur co-doped TiO2 photocatalyst was synthesized by precipitation- dipping method, and characterized by X-ray diffraction（XRD）, transmission electron microscopy（TEM） and UV-Vis diffuse reflectance spectroscopy. Compared with the S-doped TiO, La-doped TiO2 and the standard Degussa P25 photocatalysts, the lanthanum and sulfur co-doped TiO2 photocatalyst （the molar percentage of La is 3.0%） calcined at 450 ℃ for 2 h showed the strongest absorption for visible light and highest activities for degradation of reactive blue 19 dye in aqueous solution under visible light（λ〉400 nm） irradiation. It was also discovered that the co-doping of lanthanum and sulfur hindered the aggregation and growth of TiO2 particles, and the doping of lanthanum reduced slightly the phase transition temperature ofTiO2 from anatase to rutile.     

氧空穴对二氧化钛/磷酸银光催化活性的影响机制

采用磷酸银与具有可见光吸收能力的TiO_2基光催化剂相复合的方法,对带有氧空穴的二氧化钛(TiO_2-OV)的复合磷酸银光催化材料的性能进行了研究.采用光处理法成功制备出了具有可见光吸收能力的氧空穴二氧化钛材料,利用化学吸附法成功制备出了磷酸银/氧空穴二氧化钛复合光催化剂.透射电镜结果显示,磷酸银纳米颗粒均匀分散于氧空穴二氧化钛表面,形成结构完美的复合光催化剂;光催化降解罗丹明B实验结果表明,所制备的磷酸银/氧空穴二氧化钛复合光催化剂的光催化活性明显优于磷酸银光催化材料.     

Fabrication and photocatalytic activity of Ag<Subscript>3</Subscript>PO<Subscript>4</Subscript>-TiO<Subscript>2</Subscript> heterostructural nanotube arrays

To extend the absorption capability of TiO₂ into visible light region and inhibit the recombination of photogenerated electrons and holes, we put forward an effective strategy of the coupling of TiO₂ with a suitable semiconductor that possesses a narrow band gap. Meanwhile, Ag₃PO₄-TiO₂ heterostructural nanotube arrays were prepared by the two-step anodic oxidation to obtain the TiO₂ nanotube arrays and then by a deposition-precipitation method to load Ag₃PO₄. The samples were characterized by field emission scanning electron microscopy (FESEM), energy dispersive spectrometry (EDS), X-ray diffraction (XRD), and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy (UV-vis DRS). The experimental results showed that Ag₃PO₄ nanoparticles were uniformly dispersed on the highly ordered TiO₂ nanotube arrays, which increased the visible-light absorption of TiO₂ photocatalyst. The photocurrent density and photocatalytic degradation of methyl orange indicated that the performance of Ag₃PO₄-TiO₂ heterostructural nanotube arrays was better than that of the TiO₂ nanotube arrays, which could be attributed to the effective electron-hole separation and the improved utilization of visible light.     

Review:Nanostructured TiO2 for Enhanced Photocatalytic Property by Glancing Angle Deposition Method

物理气相沉积GLAD法在二氧化钛光催化剂的应用

双爽¹,谢拯^1,2,张政军³

（1.清华大学 新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室（材料科学与工程学院）,北京 100084;2. 西安高新技术研究所, 西安 710025;3. 清华大学 先进材料教育部重点实验室（材料科学与工程学院）,北京 100084）

创新点说明：

1）通过气相沉积的物理方法,制备垂直或倾斜生长的纳米阵列作为光催化剂,提高催化剂回收效率,减少二次污染;

2）运用掺杂、修饰以及复合其他材料的方法,拓展二氧化钛在可见光范围的利用;

3）通过表征手段分析,分析内在光催化效率提高机理。

研究目的：

通过多种方法,提高气相沉积GLAD法制备的二氧化钛在可见光范围的利用率,分析催化反应提高机理。

研究方法：

磁控溅射、电子束蒸镀、原子层沉积

结果：

1）通过气相物理沉积GLAD方法,制备了垂直或倾斜生长的纳米阵列作为光催化剂,提高回收效率,减少二次污染;

2）利用掺杂、修饰以及复合其他材料的方法,提高二氧化钛在可见光范围的利用率;

3）通过表征手段分析,分析内在光催化效率提高机理。

结论：

1）实现了在特定基底生长纳米阵列光催化剂的制备,提高回收效率减少二次污染;

2）使用化学方法复合窄带隙硫氧化物、贵金属及石墨烯提高催化剂在可见光范围的利用率,并分析其内在增强机理。

关键词：二氧化钛纳米阵列,倾斜生长阴影效应,带隙匹配

     

N-Fe共掺杂BiVO_4的制备及其光催化活性的研究

采用溶胶凝胶法制备了N和Fe共掺杂的Bi VO4可见光光催化剂,并用X射线衍射(XRD)、比表面积测试(BET)和紫外-可见漫反射谱(UV-Vis DRS)对其进行了表征.结果显示,N-Fe共掺杂对Bi VO4晶型没有产生影响,掺杂前后均为单斜晶系,但晶粒粒径有所减小,BET比表面积相对增大.由UV-Vis可知,N-Fe共掺杂的Bi VO4的吸光强度明显增强,禁带宽度变窄.以可见光降解甲基橙(MO)考察催化剂的光催化活性,N-Fe共掺杂的Bi VO4对MO的降解速率明显高于纯Bi VO4,证明N-Fe共掺杂产生的协同效应提高了Bi VO4在可见光照射下的光催化活性.     

TiO2/ML-Ti3C2复合纳米材料的制备及其光催化性能

通过水热技术在二维(2D)多层材料Ti_3C_2 (multi-layer Ti_3C_2, ML-Ti_3C_2)的表面及层间原位晶化和生长锐钛矿相TiO_2纳米球,制备出TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料。采用XRD、SEM、氮吸附等表征技术对TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料进行分析表征,并以亚甲基蓝(MB)为模拟污染物,对纯TiO_2和TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料的光催化性能进行了评价。实验结果表明,两种材料的耦合抑制了Ti O_2中光生电子-空穴对的湮灭,延长了复合光催化剂中载流子寿命,拓宽了复合材料的光谱响应范围。在紫外光照射下,以TiO_2/ML-Ti_3C_2复合纳米材料为光催化剂,200 mg/L的MB溶液在20 min内几乎完全脱色,降解率为98.98%。TiO_2/ML-Ti_3C_2纳米复合材料的光催化性能优于纯TiO_2和Ti_3C_2, Ti_3C_2优异的电子传输能力和超强的吸附性能优化了TiO_2的光催化性能。本研究为使用光催化技术处理废水提供了一种新的思路,具有一定的实际应用前景。     

Preparation of V-doped TiO2 photocatalysts by the solution combustion method and their visible light photocatalysis activities

A series of nanocrystalline V-doped （0.0-3.0 at.%） TiO2 catalysts have been successfully prepared by the one-step solution combustion method using urea as a fuel. The obtained powders were characterized by XRD, SEM, Raman, XPS and UV-Vis DRS. The effects of V doping concentration on the phase structure and photocatalytic properties were investigated. XRD, Raman, and XPS show that V doping diffuses into TiO2 crystal lattice mainly in the form of V5＋ and causes a phase transition from anatase to mille. V doping can widen the light absorption range of TiO2, with the absorption threshold wavelength shifting from 425 to 625 nm. The photocatalytic activity of V-doped TiO2 powders were evaluated by the photocatalytic degradation of methyl orange （MO） under visible light irradiation. It is found that V doping enhances the photoeatalyilc activity under visible light irradiation and the optimal degradation rate of MO is about 95.8% with 1.0 at% V-doped TiO2.     

GNR-TiO_2/g-C_3N_4异质结构的制备及其性能研究

采用二次凝胶-溶胶法和水热法合成了具有光催化效应的GNR-TiO_2/g-C_3N_4异质结构,并对其性能进行了研究.研究结果表明:GNR-TiO_2/g-C_3N_4异质结构表现出强的光催化活性,并在可见光照射下,对有机物亚甲基蓝有良好的催化效果.这主要归因于石墨烯纳米带作为载体,不仅增加了异质结构的比表面积,还使空穴-电子对的再结合率降低.