掺杂改性TiO2可见光光催化剂研究的最新进展

纳米TiO2在紫外光照射下具有良好的光催化活性,在环境污染物治理方面具有重要的应用前景。为提高TiO2对可见光的吸收,常常需要对TiO2进行掺杂改性以缩小其禁带宽度。本文综述了近些年来国内外在金属掺杂、非金属掺杂、金属-金属共掺杂、金属-非金属共掺杂、非金属-非金属共掺杂以及杂多酸盐掺杂改性TiO2光催化剂方面的最新进展,并对TiO2可见光光催化剂的研究进行了展望。     

纳米二氧化钛光催化剂共掺杂的协同效应

综述了近年来共掺杂二氧化钛光催化剂的研究进展。对二氧化钛进行共掺杂,掺杂的元素产生协同效应,可以进一步提高二氧化钛的光催化降解效率。从促进二氧化钛可见光响应、抑制光生电子与空穴的复合、提高催化剂表面羟基含量以及其它协同效应等方面,阐述了共掺杂二氧化钛的协同作用机制,介绍了共掺杂二氧化钛协同作用的失效现象,并对共掺杂二氧化钛光催化剂未来的研究方向提出了建议。     

锌和硅共掺杂二氧化钛纳米晶的光催化性能及其增强机制

分析了锌、硅单掺杂及锌和硅共掺杂对二氧化钛光催化活性的影响.结果表明,锌和硅共掺杂二氧化钛光催化剂的光催化活性明显高于纯二氧化钛光催化剂和单掺杂的二氧化钛光催化剂.光催化机制分析表明,结晶质量、晶粒尺寸、晶粒表面缺陷浓度、掺杂导致价带与导带宽度的改变等因素是获得增强的光催化活性的关键因素.     

掺铁二氧化钛纳米晶的制备及其光催化性能

通过溶胶-凝胶法室温制备了掺杂铁二氧化钛纳米晶光催化剂。采用透射电子显微镜、X射线衍射仪、能谱元素分析仪、紫外-可见分光光度计等对所得产物进行表征。以甲基橙为目标降解物,对未掺杂的二氧化钛纳米晶及掺杂铁的二氧化钛纳米晶进行了光催化降解性能研究,并对其降解机理进行了分析。结果表明:适量的铁掺杂有利于提高二氧化钛纳米晶的光催化性能和对甲基橙的降解率。铁的最佳掺杂量为25%[Fe占(Ti+Fe)的摩尔分数]。掺杂铁的二氧化钛纳米晶光催化性能优于纯二氧化钛纳米晶,在光照150min后,甲基橙的降解率达75%以上。     

二氧化钛光催化降解废水中染料的影响因素

研究了纳米Ti O2光催化作用机理,并从晶体结构、粒径、贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂、复合半导体、光催化剂固定、色素或染料敏化处理等因素对纳米Ti O2光催化降解染料效果作了介绍。阐述了Ti O2光催化剂在降解废水中染料的未来趋势。     

TiO2光催化剂非金属掺杂的机理研究进展

根据国内外对TiO2光催化剂改性的研究状况,将TiO2光催化剂的改性研究分为金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂等方面。其中,非金属掺杂较其他方式的掺杂优势明显,但其机理研究不够深入。对TiO2光催化剂的各种非金属掺杂的机理研究进展进行了综述。     

TiO_2光催化剂非金属掺杂的机理研究进展

根据国内外对TiO2光催化剂改性的研究状况,将TiO2光催化剂的改性研究分为金属离子掺杂、贵金属沉积、表面光敏化、复合半导体、非金属离子掺杂等方面.其中,非金属掺杂较其他方式的掺杂优势明显,但其机理研究不够深入.对TiO2光催化剂的各种非金属掺杂的机理研究进展进行了综述.     

掺碳二氧化钛光催化的研究进展

二氧化钛具有稳定性好、光效率高和不产生二次污染等特点.当前的研究工作主要是通过金属以及非金属的掺杂改性以提高其可见光活性以及抑制电荷复合.本文介绍了二氧化钛非金属碳掺杂改性的研究进展.分别就碳掺杂机理、制备方法、主要影响因素以及共掺杂等方面进行了详细的综述.     

稀土掺杂纳米二氧化钛光催化剂的研究进展

纳米二氧化钛(TiO_2)催化剂由于其高效、价廉、无毒、稳定等优点,被认为是一种极具应用前景的环境友好型光催化材料,它在空气净化、环境治理、光解水制氢、废水处理等环保领域得到了广泛的研究和应用。在对TiO_2改性研究中发现,稀土金属掺杂是较为有效和经济的手段,稀土离子的掺入不仅可以提高对有机污染物吸附量,还可以延迟锐钛矿相向金红石相的转变,增强TiO_2的光催化性能。目前,有关稀土掺杂TiO_2的综合性报道较少。本文简单介绍了稀土掺杂纳米TiO_2提高其光催化性能的机理,从单一稀土元素掺杂、稀土元素与其他元素共掺杂、稀土元素与稀土元素共掺杂纳米TiO_2光催化剂3个方面阐述了稀土掺杂纳米TiO_2光催化剂的研究进展,并在最后指出了稀土掺杂纳米TiO_2中存在的问题和未来的研究方向。     

镍、碳共掺杂纳米二氧化钛薄膜的制备与光催化性能研究

为了增强纳米二氧化钛薄膜在紫外光下光催化降解罗丹明B溶液的能力,分别采用磁控直流溅射与射频溅射的方法,使用二氧化钛靶材、镍靶材、碳靶材,分别制备了碳非金属掺杂、镍金属掺杂以及镍、碳共掺杂的纳米二氧化钛薄膜,并利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和紫外可见分光光度计（UV-Vis）进行表征。SEM结果表明,与纯二氧化钛薄膜相比镍、碳共掺杂纳米二氧化钛薄膜晶粒细化,比表面积增大,薄膜表面聚集体为不规则的多边形颗粒状,有利于增大与污染物的接触面积;XRD结果表明该薄膜的晶粒减小,加快了光生电子空穴对的分离;薄膜的吸收极限红移,禁带宽度减小。在紫外光照射下,镍、碳共掺杂纳米二氧化钛薄膜的光催化性能最优,1 h降解了29.54%的罗丹明B溶液。     

色氨酸辅助合成光催化活性增强的球形纳米TiO2

以L-色氨酸（L-Trp）为生物模板,采用简单水解及煅烧后制备了球形结构TiO₂纳米光催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱和N₂吸附-解吸等方法对制得的TiO₂纳米材料进行表征。在催化剂合成过程中,L-Trp作为生物模板发挥至关重要的作用,能够指导球形结构纳米TiO₂的形成。考察了不同煅烧温度下制备的TiO₂样品光催化活性,结果表明550℃时制备的TiO₂样品具有优异的光催化活性,紫外光照射30min对甲基橙溶液的降解率达到95%左右,主要是由于较大比表面积和球形结构的协同效应。光催化剂稳定性实验表明,所制备的TiO₂纳米材料可作为一种实用有效的光催化剂用于紫外光照射下降解有机染料。同时,对L-Trp辅助下球形结构TiO₂纳米颗粒的可能生长机理进行讨论。     

Photocatalytic degradation of organic compounds diluted in water using visible light-responsive metal ion-implanted TiO2 catalysts: Fe ion-implanted TiO2

The application of metal ion-implantation method has been made to improve the electronic properties of the TiO₂ photocatalyst to realize the utilization of visible light. The photocatalytic properties of these unique TiO₂ photocatalysts for the purification of water have been investigated. By the metal ion-implantation method, metal ions (Fe⁺, Mn⁺, V⁺, etc.) are accelerated enough to have the high kinetic energy (150 keV) and can be implanted into the bulk of TiO₂. TiO₂ photocatalysts which can absorb visible light and work as a photocatalyst efficiently under visible light irradiation were successfully prepared using this advanced technique. The UV-Vis absorption spectra of these metal ion-implanted TiO₂ photocatalysts were found to shift toward visible light regions depending on the amount and the kind of metal ions implanted. They were found to exhibit an effective photocatalytic reactivity for the liquid-phase degradation of 2-propanol diluted in water at 295 K under visible light (λ>450 nm) irradiation. The investigation using XAFS analysis suggested that the substitution of Ti ions in TiO₂ lattice with implanted metal ions is important to modify TiO₂ to be able to adsorb visible light.     

Hydrogen evolution by water splitting using novel composite zeolite-based photocatalyst

Novel zeolite-based material showing photocatalytic properties in the visible light have been synthesized by incorporating TiO₂, heteropolyacid (HPA) and transition metal, namely cobalt. This material shows high efficiency for water splitting under visible light irradiation. Hydrogen generation to the tune of 2171 μmol/h/g of TiO₂ has been achieved for the composite photocatalyst synthesized as compared to H₂ evolution rate to the tune of 131.6 μmol/h/g of TiO₂ for Degussa P25. This suggests that the TiO₂ which gets effectively dispersed and stabilized on the surface of zeolite works synergistically with cobalt and heteropolyacid to make the material active in visible light for evolution of hydrogen from water. TiO₂ is the photocatalyst, HPA functions as the dye sensitiser as well as redox system; zeolite functions as support matrix and as electron acceptor in synergy with cobalt. The probable mechanism for improved hydrogen evolution rate using such composite photocatalyst has been discussed.     

钒掺杂二氧化钛光催化活性研究

二氧化钛凭借优异的光催化性能,越来越受到人们的广泛关注和重视。以钛酸四丁酯为原料,利用水解-水热-干燥/煅烧工艺制备得到未掺杂TiO₂光催化剂和掺钒TiO₂光催化剂,利用其对甲基橙溶液的降解率做了比较分析。结果表明,以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备钒掺杂TiO₂光催化剂是可行的。制备V/TiO₂产品的最佳工艺条件：钒钛质量比为6∶100、水热温度为160 ℃、水热时间为12 h,120 ℃下干燥14 h。紫外光照射条件下,甲基橙光催化降解效率达到99.10%,降解时间小于45 min。     

可见光光催化剂的研究进展

综述TiO_2、改性TiO_2光催化剂和非TiO_2体系光催化剂在可见光催化领域的研究进展,概述了光催化剂的光催化原理和应用方向,针对可见光光催化剂发展现状中存在的量子效率和可见光利用率低、且回收难等问题进行阐述,并指出制备组成可控、形貌可控、易于回收利用且可见光利用率高的新型光催化剂是研究首要方向。     

The effect of Pt on the photocatalytic degradation pathway of methylene blue over TiO2 under ambient conditions

The high performance photocatalytic TiO₂ films were successfully obtained by a galvanostatic anodization of metallic titanium using the optimum anodization condition, subsequent to pre-nitridation treatment. The optimized anodization parameters on the formation of high photocatalytic TiO₂ film were investigated. The pre-nitridation treatment was performed by annealing metallic Ti under a nitrogen atmosphere of 0.1 MPa. The anodized TiO₂ film showed the high photocatalytic activities to decompose not only gaseous acetaldehyde but also tetrachloroethylene, which revealed that the anodized TiO₂ film is a possible candidate of the photocatalyst for environmental purifications comparable to the best photocatalyst of fine crystalline powder.     

The preparation of coupled WO3/TiO2 photocatalyst by ball milling

The coupled photocatalyst WO₃/TiO₂ is prepared by ball milling by doping WO₃ into TiO₂ and using H₂O solution as disperser. The coupled photocatalyst WO₃/TiO₂ is characterized by UV–VIS diffuse reflection spectrum, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray powder diffraction (XRD) and Transmission electron microscopy (TEM). The results show that the optimum percentage of WO₃ doped is 3% and that the photocatalytic activity of the coupled WO₃/TiO₂ photocatalyst is much higher than that of TiO₂ and WO₃–TiO₂ with no ball milling. Compared with TiO₂, the photoexcited wavelength range of the WO₃/TiO₂ photocatalyst red-shifts about 50 nm, and the light absorption intensity is also improved. The crystal phase of TiO₂ is not changed and new crystal phases are not found during the process of ball milling. WO₃ and TiO₂ coupled highly, forming the WO₃/TiO₂ photocatalyst. The increased photocatalytic activity of the coupled photocatalyst may be attributed to the enhance charge separation efficiency and the extend wavelength range of photoexcitation.     

TiO2纳米管阵列的制备改性及应用研究进展

TiO₂纳米管阵列作为一种新型的三维立体纳米材料,因其大的比表面积及特殊的几何结构而受到了广泛的关注与研究。本文回顾了近年来阳极氧化法在Ti基底上原位生成TiO₂纳米管阵列所用电解液的发展趋势,介绍了TiO₂纳米管阵列的特性,如晶型结构、光学和电学特性以及催化活性,阐述了TiO₂纳米管阵列的金属离子掺杂、非金属离子掺杂、金属沉积、导电聚合物复合、半导体复合以及其他等多种改性手段,探讨了TiO₂纳米管阵列在光电催化降解污染物、光解水制氢、染料敏化太阳能电池和传感器以及其他多个领域的应用研究进展。最后,展望了TiO₂纳米管阵列的主要研究方向是对其形貌调控与表面改性等方面作进一步研究,以期为后续研究提供参考依据。     

硼氮共掺杂TiO2粉末制备及光催化活性研究

采用溶胶-凝胶法制备硼氮共掺杂TiO₂光催化剂,利用X射线衍射、X射线光电子能谱及紫外-可见光漫反射光谱手段对制备的催化剂进行表征。结果表明,硼和氮均以间隙方式进入TiO₂晶格中,形成Ti-O-B、Ti-O-N和Ti-O-B-N结构,提高了催化剂活性;B-N-TiO₂吸收带边明显红移,表明催化剂对可见光吸收增强。可见光降解甲基橙结果表明,B-N-TiO₂的活性明显高于B-TiO₂和N-TiO₂,说明硼氮共掺杂改性对提高TiO₂可见光活性具有协同作用。     

Au/TiO2复合物的制备、表征及其增强光催化灭菌活性

为提升TiO₂光催化活性克服其可见光响应能力差的问题，采用沉积-沉淀法制备了Au/TiO₂复合物光催化剂，利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、荧光发射光谱等对样品进行了表征。XRD、FTIR和XPS结果表明，Au/TiO₂中TiO₂为锐钛矿相且Au成功沉积至TiO₂。UV-vis DRS和荧光发射光谱结果表明，适量Au修饰不仅能提高TiO₂对可见光的吸收，还可促进TiO₂光生电子-空穴对分离，有利于增强其光催化活性。自由基捕获实验证实，形成?OH的数量与光照时间成正比且?OH生成量越多，光催化活性越高。对比考察了Au/TiO₂和TiO₂在氙灯光源照射下对大肠杆菌的光催化杀灭作用，并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。结果表明：Au/TiO₂的光催化灭菌活性优于TiO₂，且与光照时间和光照强度均成正比；Au的适宜负载量为3%（质量分数）；3%Au/TiO₂在光照时间60min、光照强度7mW/cm²、光催化剂浓度100μg/mL的条件下，对大肠杆菌的杀灭效率高达91.3%。