活性碳纤维负载单晶TiO_2纳米结构的制备及其光催化性能

以高纯钛片为钛源,采用水热合成的方法在活性碳纤维表面沉积TiO_2纳米晶,构造TiO_2/ACF复合纳米结构。采用X射线衍射仪对样品的晶体结构进行表征,采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对复合样品的形貌和结构进行分析。以甲基橙为目标降解物,分析了样品的光催化性能,研究了水热温度对复合纳米结构的结构、形貌及光催化性能的影响。结果表明,采用水热法可在活性碳纤维表面生长TiO_2纳米晶,并且为锐钛矿和金红石的双相结构。优化后的TiO_2/ACF-100样品具有最高的光催化性能,在300 W汞灯照射下120 min可完全降解甲基橙溶液,同时也表现出优越的重复使用特性。     

PET基二氧化钛光催化涂层的制备及性能研究

采用旋涂法在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜基材上制备出二氧化钛光催化涂层。为制备纳米二氧化钛(TiO_2)粒子富集于涂层与空气界面处的光催化涂层,采用偶联剂1H,1H,2H,2H-全氟辛基三乙氧基硅烷对纳米TiO_2粒子进行了表面氟化改性。采用SEM、紫外-可见分光光度计和接触角测定仪对PET基光催化涂层的结构进行了表征。结果表明,所制备的光催化涂层厚度约为4~6μm,且在可见光区具有极高的透明性。以甲基橙为目标污染物考察了光催化涂层的光催化活性,结果表明,含有氟化纳米TiO_2粒子的光催化涂层比含有纯纳米TiO_2粒子的光催化涂层具有更高的光催化活性,纳米TiO_2粒子表面氟化改性使纳米TiO_2粒子富集于涂层与空气界面处,这种粒子的分布状态有利于光催化活性的提高。     

纳米ZnO的形貌对光催化降解焦炭废水效果的研究

制备了片状多孔、花状、球状、棒状和菱形的纳米ZnO粒子,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表征,并研究了片状多孔、花状、球状、棒状和菱形的纳米ZnO颗粒对焦炭废水的降解以及其不同形貌对光催化处理焦炭废水效果的影响。结果表明,不同形貌纳米ZnO的光催化降解焦炭废水能力大小顺序为:片状多孔>花状>球状>棒状>菱形,当片状多孔纳米ZnO的加入量为焦炭废水质量的2%,降解时间为0.5 h,其吸附性能与催化效果达到最佳。     

纳米ZnO的形貌对光催化降解焦炭废水效果的研究

制备了片状多孔、花状、球状、棒状和菱形的纳米ZnO粒子,采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)进行表征,并研究了片状多孔、花状、球状、棒状和菱形的纳米ZnO颗粒对焦炭废水的降解以及其不同形貌对光催化处理焦炭废水效果的影响。结果表明,不同形貌纳米ZnO的光催化降解焦炭废水能力大小顺序为:片状多孔>花状>球状>棒状>菱形,当片状多孔纳米ZnO的加入量为焦炭废水质量的2%,降解时间为0.5 h,其吸附性能与催化效果达到最佳。     

氮掺杂花状黑色二氧化钛(TiO_2)的制备及光催化性能研究

本论文以金属钛粉和尿素为原料,利用水热法制备出氮掺杂黑色二氧化钛(TiO_2)光催化剂,并对其光催化性能进行了红外光谱、紫外光谱和SEM等表征实验,探讨了氮掺杂花状黑色二氧化钛(TiO_2)光催化剂的光催化性能。将甲基橙溶液作为目标降解染料,在模拟太阳光条件下照射含有不同氮掺杂含量的光催化剂的甲基橙溶液,紫外—可见分光光度计测试不同光催化剂的光催化性能。通过对不同形貌,不同掺杂量的催化剂比较研究,探讨结构与光催化性能之间的关系。实验结果表明:以尿素:黑色花状二氧化钛=2:1的比例制备的氮掺杂花状黑色二氧化钛催化剂对甲基橙溶液的催化降解效果最好,提高了对染料的降解作用。     

Au/TiO_2纳米光催化剂的制备及光催化性能研究

采用水热法制备TiO_2纳米粒子,通过光化学还原沉积法制备了Au/TiO_2光催化剂,并利用SEM、XRD、EDS和DRS等技术对样品进行了表征,考察了不同Au含量对TiO_2纳米粒子光催化分解水制氢活性的影响。研究结果表明,通过此方法可以成功地将Au纳米粒子均匀地分散在TiO_2纳米粒子表面,用适量Au进行表面修饰不仅能提高TiO_2对可见光的吸收,还可以促进TiO_2光生电子-空穴对的分离效率,从而提高了TiO_2纳米粒子的光催化活性。其中,3%Au/TiO_2纳米粒子的光催化活性最高。     

木质素磺酸钠制备二氧化钛纳米材料及其光催化性能的研究

利用木质素磺酸钠,采用直接沉淀法制备了纳米二氧化钛(TiO_2)材料。采用XRD、SEM手段对所制备的材料进行分析表征,发现所制备的二氧化钛材料(SLS-TiO_2)具有球形粒子形貌,且为锐钛矿结构。以亚甲基蓝为降解对象进行光催化性能测试,光催化研究表明我们所制备的二氧化钛具有很高的光催化活性,其中1.0 g-SLS-TiO_2样品的光催化活性最高,对亚甲基蓝的光催化降解效率可达97.6%。     

改性纳米TiO_2可见光催化性能分析

在繁杂多变的催化剂之中,作为最早应用于解决能源和环境问题的半导体光催化剂,TiO_2因其高活性、性质稳定、廉价易得、安全无毒等优势如今依旧耀眼。得益于70年代开始不断进步的纳米技术,TiO_2纳米粒子、纳米棒、纳米管等具备纳米效应的光催化材料以不同方法被制备,TiO_2的光催化活性得到了很大改善。本文将基于改性纳米TiO_2的机理,结合影响改性纳米TiO_2可见光催化性能的因素分析,从离子掺杂、贵金属沉积和半导体复合三个实验途径,提升了改性纳米TiO_2可见光催化活性与性能。     

TiO_2/壳聚糖/明胶复合棉织物的制备及功能特性

采用了溶胶-凝胶法制备了TiO_2溶胶,使纳米TiO_2在棉织物的表面和内部原位生成,从而实现无机纳米TiO_2粒子与棉织物的牢固结合;再与壳聚糖明胶混合液进行浸轧,制备TiO_2/壳聚糖/明胶复合棉织物材料。用扫描电镜和X射线衍射仪对样品的形貌和结构进行表征,并测试了样品的力学性能、耐洗牢度和光催化性能。结果表明:原位生成的TiO_2与棉织物结合牢固,粒径均匀,分散性较好;纳米TiO_2主要是锐钛矿晶型;所制得试样对活性红染液具有良好的光催化降解作用。     

不同表面活性剂对合成NiIn2S4纳米花的影响及其光催化还原性能

以光热法合成了花状纳米结构的NiIn_2S_4粒子,并考察了添加不同表面活性剂条件下对NiIn_2S_4晶形、形貌、孔径分布、光学性质及催化性能的影响。表征和催化结果表明:NiIn_2S_4粒子在可见光区具有较强的吸收能力,带隙能估计为0.24～0.96 eV。在可见光照射下,研究了花状NiIn_2S_4对Cr (VI)的光催化还原反应。其中,十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)辅助NiIn_2S_4样品对Cr(VI)的去除率(～94%)较高,光催化稳定性好。其主要的光催化活性是由于其大的比表面积,在可见光区强吸收和优良的电荷分离特性。     

微米级TiO2/AC催化剂在光催化-膜分离耦合反应装置中降解酸性红B废水

采用X射线衍射分析、扫描电镜分析和傅里叶红外光谱分析对溶胶-凝胶法制得的负载型微米级TiO₂/活性炭（AC）催化剂性能进行了表征,并对其在光催化-膜分离耦合反应装置中光催化降解酸性红B废水时的性能和膜通量的影响进行了研究。结果表明：在最佳煅烧温度400℃时负载的TiO₂以锐钛矿为主,与载体活性炭之间以Ti-O-C键结合,且分布较为均匀;微米级TiO₂/AC催化剂的光催化降解性能随其煅烧温度的升高和粒径的减小而均呈现为先增加、后降低的趋势,TiO₂/AC对膜通量的影响则随煅烧温度的升高和粒径的减小而呈先降低、后增加的趋势,且TiO₂/AC粒径以10.272μm为宜。椰壳活性炭为载体的TiO₂/AC催化剂的光催的化降解性能高于褐煤活性炭为载体的,且前者对膜通量的影响更小。微米级TiO₂/AC催化剂的光催化降解性能高于商业TiO₂的,且对膜通量的影响比商业TiO₂的低。     

铁掺杂二氧化钛空心球的制备及性能

以TiF₄为钛源、九水合硝酸铁为掺杂前体,采用水热法制备铁掺杂的TiO₂空心微球。采用SEM、TEM、XRD、BET、XPS等技术对样品的形貌、结构、晶型、比表面积、元素组成等进行表征,以亚甲基蓝（MB）的光催化降解为目标反应,评价其光催化活性。结果表明,160℃下水热反应生成的纳米TiO₂空心微球晶型为锐钛矿,少量掺铁并不影响微球的形貌及晶体结构。光催化实验表明,160℃下水热反应12 h生成的TiO₂空心微球样品均匀性好、光催化活性最佳;铁掺杂能显著提高TiO₂空心微球的催化活性,当铁钛比为1.5:100时,所得样品粒径最小,比表面积最大,光催化活性最高。     

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%。     

Synthesis of functionalized mesoporous TiO2 molecular sieves and their application in photocatalysis

Functionalized mesoporous TiO₂ molecular sieves were prepared by treating ordered mesoporous TiO₂ with phosphoric acid or ammonium sulfate at high temperature. The samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), N₂ adsorption–desorption measurement, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR). The photocatalytic activity of the samples was evaluated by photocatalytic decomposition of bromomethane (CH₃Br) in air. Results revealed that the functionalized TiO₂ samples preserved ordered mesostructure and exhibited enhanced physicochemical properties. The photocatalytic activity of the functionalized mesoporous TiO₂ sample was about three times higher than that of the pure mesoporous TiO₂. The concentrations of phosphoric acid and ammonium sulfate solutions used for the functionalization of TiO₂ greatly influenced the photocatalytic activity of the resultants materials. The optimal concentrations of phosphoric acid and ammonium sulfate solutions were 0.05 and 0.10 M, respectively. The enhanced photocatalytic performance of the functionalized mesoporous TiO₂ could be attributed to large specific surface area, high hydroxyl density, and enhanced surface chemical state.     

纳米TiO2/沸石复合材料光催化降解苯酚的性能

苯酚是一种较难处理的有毒有机污染物。本文以TiOSO₄为钛源,尿素为沉淀剂,沸石为载体,采用均匀沉淀法制备了纳米TiO₂/沸石复合材料,并以苯酚作为降解对象,研究了不同TiO₂负载量、煅烧温度以及重复使用对纳米TiO₂/沸石复合材料的光催化降解苯酚性能的影响。结果表明:TiO₂负载量为30%、煅烧晶化温度为650℃时,经300W高压汞灯照射3.5h,纳米TiO₂/沸石复合材料对20mg/L苯酚溶液的光催化降解率达到91.6%;重复使用5次仍对苯酚溶液具有85%的光催化降解率。     

同轴电纺法TiO2/g-C3N4的制备及光催化性能研究

传统的静电纺丝法使用单一的毛细管状喷头喷丝,通常用于制备实心且表面光滑单一组分的纳米纤维,无法得到具有多种功能性结构的复合材料,应用范围较窄。以酞酸丁酯和尿素为原料,采用同轴静电纺丝法成功制备了TiO₂/g-C₃N₄复合材料,并用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和Brunauer-Emmett-Teller （BET）分析对样品进行了表征,通过光催化降解亚甲基蓝溶液（MB）研究了不同g-C₃N₄添加量对TiO₂/g-C₃N₄复合材料光催化性能的影响。实验结果表明,采用同轴静电纺丝法结合500℃煅烧工艺成功制备了大比表面积及高光催化性能的TiO₂/g-C₃N₄复合材料。当g-C₃N₄添加量为0.15 g时,TiO₂/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝溶液（MB）的光催化降解效率可达93.8%,且经过5次重复实验后降解率仍可达80%以上。     

Structural peculiarities of TiO2 and Pt/TiO2 catalysts for the photocatalytic oxidation of aqueous solution of Acid Orange 7 Dye upon ultraviolet light

TiO₂ (anatase) with different microstructure was synthesized by thermal hydrolysis of the titanyl sulfate and studied by X-ray powder diffraction, high resolution transmission electron microscopy and UV–vis diffuse reflectance spectroscopy. The effect of titanium dioxide structure, regular or distorted, on the photocatalytic degradation of Acid Orange 7 Dye (AO7) in water upon ultraviolet light was studied. It was found that synthesized TiO₂ possesses a relatively high reactivity when illuminated but also show different adsorption in the dark. The relationship between these behaviors depends on the real structure of the catalysts. Catalysts with a perfect structural ordering formed after heating at temperature higher than 500 °C show better photocatalytic performance. Small amount of Pt added into the TiO₂ structure was found to improve further the catalyst reactivity. Pt-modified titania catalysts oxidize AO7 more efficiently than P-25 Degussa TiO₂. Doping effect of Pt on the structural and photocatalytic properties of the samples is discussed.     

Ce-Zn共掺杂改性TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

采用阳极氧化法在钛网上制得TiO₂纳米管阵列(TNTA),并利用操作简单的微溶剂燃烧合成法将稀土元素Ce和过渡金属元素Zn共掺杂修饰TiO₂纳米管阵列得到复合光催化材料Ce-Zn/TiO₂纳米管阵列(CeZn/TNTA),并对CeZn/TNTA的形貌、组成结构和光催化性能等进行测试。结果表明:阳极氧化时间会影响TNTA的形貌,氧化时间为2 h的TNTA管状结构分布均匀且高度有序,纳米管内径约为50 nm,管壁厚约为25 nm,管长约为1μm。CeZn/TNTA样品中的Ce以CeO₂和Ce₂O₃混合态、Zn以ZnO形式呈簇状不均匀分布在TiO₂纳米管阵列表面。与裸TNTA相比,CeZn/TNTA复合催化剂的光响应范围拓宽至可见光区域,电荷转移阻力减小,光生电子-空穴的分离效率提高,载流子的传输速率较快,且表现出较高的光催化活性,其在1 h内对亚甲基蓝光催化降解率可达85.27%。     

二维共轭碳材料/TiO2复合光催化剂制备及表征

选用两种二维共轭碳材料石墨烯(GR)和石墨炔(GD),通过水热合成的方法原位生长制备TiO_2-GR和尿素分散的TiO_2-GR以及TiO_2-GD复合材料光催化剂,对3种复合材料催化剂的表面形貌和物相结构进行表征,并测试3种催化剂光催化剂性能。结果表明,石墨烯和石墨炔的加入,对TiO_2起到明显的分散作用,TiO_2颗粒与石墨烯和石墨炔紧密结合;尿素的加入使TiO_2-GR颗粒尺寸进一步减小,TiO_2分散度进一步提高。在模拟太阳光辐射下,一定时间内光催化剂光降解有机染料亚甲基蓝和甲基橙,结果表明,二维共轭碳材料石墨烯和石墨炔的加入使复合材料光催化剂TiO_2-GR和TiO_2-GD的光催化性能为纯TiO_2光催化剂的1. 67倍和1. 68倍,复合材料光催化剂表现出更优秀的催化性能。     

一种可温度与pH调控的分子印迹光催化材料的制备及其性能

以氧氟沙星为模板分子,通过表面引发原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP）,成功合成了一种智能凝胶接枝纳米TiO₂的分子印迹光催化材料（TiO₂-DR/MIPs）。采用透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、热重（TG）和X射线衍射（XRD）等方法对该材料进行了形貌及性质表征。分别研究了材料的温度与pH敏感性质及其对氧氟沙星光催化降解效率的影响,并对该材料的选择性和稳定性进行了探究。结果表明,TiO₂-DR/MIPs的粒径可随着温度与pH的变化呈现出良好的响应特性,并且可以通过改变环境温度和pH实现对其光催化活性的调控。TiO₂-DR/MIPs对氧氟沙星具有较好的选择性吸附和降解作用,且稳定性和重复使用效果好,经4次光催化降解循环实验后,光催化效率仅降低了5％。此外,TiO₂-DR/MIPs中的双敏感分子印迹层还可以有效地阻止纳米TiO₂的团聚,实现纳米TiO₂的均匀分散。