MoS2-ZnO多孔纳米片的光催化及其室温气敏传感性能

为开发一种高性能、可回收、低成本的光催化剂,本论文使用水热法制备了多孔结构的ZnO纳米片复合MoS₂ （MoS₂-ZnO）光催化材料。通过XRD、SEM、光致发光光谱（PL）、XPS等手段对样品的形貌、光学性质等进行了测试表征。结果表明,所制备的MoS₂-ZnO样品为多孔片状结构;这种复合结构中MoS₂不仅有助于增强ZnO中光生载流子的分离效率,而且还能增强可见光区的吸收,从而提高光催化和气敏性能。在模拟太阳光下,MoS₂-ZnO纳米复合材料对高浓度（15 mg/L）的亚甲基蓝染液（MB）表现出较高的光催化降解活性。同时,MoS₂-ZnO制备的气敏传感器对低浓度（2.05 mg/m³）NO₂还具有较高的灵敏度。本工作为制备高效太阳能驱动的光催化剂和气体传感器提供了重要参考。     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

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。     

TiO2/WO3微纳米纤维复合材料的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶和静电纺丝技术相结合的方法, 成功制备不同复合浓度聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)/钨酸铵(N₅H₃₇W₆O₂₄·H₂O)前驱体。通过控温煅烧获得不同煅烧温度、不同复合浓度的TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis )技术对样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)的光降解为模型反应, 研究TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料在紫外光照射下的光催化活性。结果表明, 煅烧温度500℃时, n(Ti):n(W) = 12:1形成WO₃掺杂的TiO₂微纳米纤维及n(Ti):n(W) = 4:1形成的TiO₂/WO₃复合微纳米纤维的光催化活性均高于纯TiO₂。     

Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂的制备和性能

以玄武岩纤维(BF)为载体,用溶胶凝胶法将Ce-La-Ag共掺TiO₂负载于BF上制备出Ce-La-Ag共掺杂TiO₂/玄武岩纤维复合光催化剂。用光催化降解氨氮废水,研究了烧结温度和废水的pH值对Ce-La-Ag-TiO₂/BF光催化活性的影响。结果表明：Ce-La离子与纳米Ag颗粒的协同作用使TiO₂的禁带宽度由3.2 eV降至2.15 eV。Ce-La-Ag-TiO₂的光催化活性优于纯TiO₂、Ag-TiO₂和Ce-La-TiO₂,负载到BF使其光催化活性进一步提高。当复合光催化剂的烧结温度为600 ℃、氨氮废水的pH值为10.5、模拟可见光的照射时间为360 min时,Ce-La-Ag-TiO₂/BF对氨氮废水重复降解5次的降解率仍高于88.2%。     

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。      

中空TiO2微球的制备及其对聚丙烯酸酯薄膜保温性能的影响

以阳离子PS微球为模板, 钛酸四丁酯为钛源, 氨水为催化剂制备中空TiO₂微球, 通过物理共混法将中空TiO₂微球引入到聚丙烯酸酯薄膜中, 考察了中空TiO₂微球的空心粒径及用量对复合薄膜光反射性、导热系数及力学性能的影响。结果表明: 中空TiO₂微球的引入可显著提升聚丙烯酸酯薄膜的各项性能, 中空TiO₂微球的空心粒径和用量对复合薄膜的性能有不同程度的影响, 随着中空TiO₂微球空心粒径和用量的增加, 复合薄膜的性能基本呈现先提升后降低的趋势, 其中当中空TiO₂微球空心粒径为300 nm、用量为1%时, 所制备的复合薄膜保温性能和力学性能最优。     

MoS2/Sb2S3复合光催化剂的制备及其可见光催化性能

通过一步水热法制备出MoS₂/Sb₂S₃可见光复合催化剂,采用XRD、SEM、紫外可见漫反射（UV-Vis DRS）和XPS表征手段对MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂进行了表征,以罗丹明B（RhB）作为目标污染物进行降解实验。与纯Sb₂S₃和MoS₂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂对RhB的光催化降解具有更高的效率,表现出优异的吸附性能和光催化性能。同时在相同的实验条件下,与TiO₂、Bi₂S₃、C₃N₄、Sb₂S₃等催化剂相比,MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂表现出更为优异的光催化性能。此外,探究了MoS₂/Sb₂S₃复合光催化剂光催化降解机制,阐述了光催化反应机制,提供了一种适用于降解较高浓度有机废水的光催化剂制备方法,具有一定的应用价值。      

带状γ-Fe2O3/ZnO异质结光催化剂光催化降解四环素

针对传统ZnO光催化活性不高的问题,采用Zn(CH₃COO)₂和FeCl₃作为ZnO和Fe₂O₃的前驱体,水热条件下采用“一锅法”制备带状γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂,采用XRD、BET比表面积测量仪、TEM、紫外-可见漫反射、电子顺磁共振(EPR)等对其晶体化学结构进行表征。在可见光光源下,探究了不同γ-Fe₂O₃负载量时γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂对四环素的光催化降解的效果。研究表明,ZnO负载γ-Fe₂O₃后比表面积和光照吸收显著改善,禁带宽度有所减小,可见光光照120 min,n(Zn)∶n(Fe) (原子比)为20∶1的γ-Fe₂O₃/ZnO异质结光催化剂对四环素的降解率高达97.2%,多次重复使用后四环素的降解率保持在95%以上。      

一步溶剂热法制备铋-氧化铋-溴氧化铋三元复合物及其可见光驱动催化降解亚甲基蓝

构建表面等离子体共振(SPR)、氧空位、异质结是提升半导体光催化剂催化活性的有效方式之一。本文通过改变Bi(NO₃)₃与KBr的摩尔比，采用一步溶剂热法合成了具有SPR效应和氧空位的Bi-Bi₂O₃-BiOBr三元异质结复合材料。利用XRD、电子顺磁共振(EPR)、XPS、SEM、TEM、UV-vis等手段对所得产物的晶相、元素组成和微观形貌进行表征分析，考察Bi(NO₃)₃与KBr的摩尔比对三元复合物可见光驱动光催化降解亚甲基蓝(MB)活性的影响。结果表明：Bi-Bi₂O₃-BiOBr的催化活性依赖于Bi(NO₃)₃与KBr的摩尔比，但高于纯Bi₂O₃和BiOBr。Bi(NO₃)₃与KBr摩尔比为2∶1制备的2∶1-Bi-Bi₂O₃-Bi...     

Zn掺杂CuO/CuAl2O4复合空心球的制备及光催化性能

以葡萄糖为模板, 硝酸锌、硝酸铜和硝酸铝为原料, 采用水热法制备高比表面Zn-CuO/CuAl₂O₄复合空心球。采用XRD、SEM、HRTEM、BET、DRS和PL等手段对样品进行表征, 结果表明: 在600℃下焙烧的Zn-CuO/CuAl₂O₄复合物呈空心球状, 球体直径约为2 μm, 比表面积高达214.97 m²/g。引入Zn有助于提高样品对紫外和可见光的吸收能力, 减少光生电子空穴对的复合, 光催化活性显著提高。在模拟太阳光照下, 以甲基橙溶液为目标降解物, 考察样品的煅烧温度和Zn加入量对光催化活性的影响。当Zn加入量为0.5wt%, 煅烧温度为600℃时, 样品的光催化活性最佳。光照60 min, 0.5 g/L光催化剂用量对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率高达97%。     

氮掺杂TiO_2中空复合微球的制备及可见光光催化性能

为了提高TiO2的可见光光催化性能,以微米级聚苯乙烯微球为模板,钛酸四丁酯为前驱体,三乙胺为氮源,采用静电吸附自组装法制备了粒径为1.20μm、壳层的厚度约为30nm且球形形貌良好的氮掺杂TiO2中空复合微球,采用SEM、XPS、XRD和紫外-可见分光光度计研究了其结构及光催化性能。结果表明:氮进入TiO2晶格内取代了部分O并改变了晶格中Ti和O的化学状态,但对TiO2晶型结构没有明显影响;氮掺杂后的TiO2中空复合微球禁带宽度变窄,氮掺杂TiO2中空复合微球不仅在紫外区有较强的光吸收能力,在可见光区也表现出较强的光响应性,对甲基橙的光催化降解率较Degussa P25型纳米TiO2的明显增强。研究结果对TiO2在光催化领域的应用具有理论指导意义。     

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。     

铕掺杂的TiO2空心微球的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶法制备未掺杂和铕掺杂的TiO₂空心微球, 采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET和XPS等技术对样品进行表征, 以亚甲基蓝的光催化降解为目标反应, 评价其光催化活性。结果表明, 钛酸四丁酯(TBOT)的加入量对微球的形貌影响较大, 当滴加1.5 mL的TBOT时, 可得结构清晰、分散性良好的TiO₂空心微球。XRD分析表明, 400℃煅烧的纳米TiO₂空心微球为锐钛矿, 掺铕可抑制TiO₂的晶相转变。光催化实验表明, 铕掺杂能显著提高TiO₂空心微球的活性。当铕掺量为0.7%时, 所得样品粒径和孔径最小, 比表面积最大, 光催化活性最高。     

N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料的制备及其光催化性能

采用超声辅助溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为原料,尿素为N源,硝酸镧为La源,制备了N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料。采用XRD、UV-Vis、SEM-EDS和XPS对复合材料的结构和性能进行了表征。以2,4,6-三硝基甲苯作为目标污染物,考察了N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料的光催化活性及再生利用性能。结果表明:N与La共掺杂并负载电气石后,两者协同作用使TiO_2晶粒更加细化,光吸收范围向可见光区拓展,N与La共掺杂纳米TiO_2/电气石复合材料具有良好的光催化活性和再生利用性能,且在模拟可见光照射条件下对2,4,6-三硝基甲苯具有良好的去除效果。     

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TiO2/碳化植物纤维复合材料的制备与光催化性能

以碳化植物纤维(CPF)为载体,将纳米TiO₂附着于纤维表面,通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO₂/CPF复合光催化剂,并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO₂/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成;以光催化降解亚甲基蓝为模型反应,考察复合材料中不同纤维种类和TiO₂负载量对光催化活性的影响。结果表明,在一定范围内随TiO₂负载量的增加,纳米TiO₂/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO₂/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO₂和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基,但羟基自由基是主要物种。此外,浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO₂在纤维表面的存在形式不同,浸渍煅烧法生成纳米TiO₂薄膜,包裹纤维;而溶剂热法生成的TiO₂结晶成纳米颗粒,附着于纤维表面。      

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%。     

Preparation and activity evaluation of p-n junction photocatalyst NiO/TiO2

p–n Junction photocatalyst NiO/TiO₂ was prepared by sol–gel method using Ni(NO₃)₂·6H₂O and tetrabutyl titanate [Ti(OC₄H₉)₄] as the raw materials. The p–n junction photocatalyst NiO/TiO₂ was characterized by UV–vis diffuse reflection spectrum, X-ray powder diffraction (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The photocatalytic activity of the photocatalyst was evaluated by photocatalytic reduction of Cr₂O₇²⁻ and photocatalytic oxidation of rhodamine B. The results show that, for photocatalytic reduction of Cr₂O₇²⁻, the optimum percentage of doped-NiO is 0.5% (mole ratio of Ni/Ti). The photocatalytic activity of the p–n junction NiO/TiO₂ is much higher than that of TiO₂ on the photocatalytic reduction of Cr₂O₇²⁻. However, the photocatalytic activity of the p–n junction photocatalyst NiO/TiO₂ is much lower than that of TiO₂ on the photocatalytic oxidation of rhodamine B. Namely, the p–n junction photocatalyst NiO/TiO₂ has higher photocatalytic reduction activity, but lower photocatalytic oxidation activity. Effects of heat treatment on the photocatalytic activity of p–n junction photocatalyst NiO/TiO₂ were investigated. The mechanisms of influence on the photocatalytic activity were also discussed by the p–n junction principle.