CuO/TiO_2异质多孔纳米结构的制备及其光催化性能

以Cu(OH)_2纳米棒阵列为前驱体,钛酸四丁酯为钛源,采用外向包覆合成法,利用Cu(OH)_2自身热分解产生的微量水分子与负载在其表面的钛酸四丁酯缓慢反应,制备了CuO/TiO_2异质多孔纳米结构,并研究了产物对罗丹明B(RhB)的光催化降解性能。结果表明,得到的产物薄膜为直径2~4μm的微孔组成的多孔纳米结构,微孔的孔壁由直径500nm左右的纳米棒组装而成。产物CuO/TiO_2异质多孔纳米结构比纯TiO_2纳米结构对RhB有更好的光催化降解性能,这主要是由两方面的原因引起的:一方面,CuO/TiO_2异质多孔纳米结构具有更好的吸附性能和更大的比表面积;另一方面,产物CuO/TiO_2为异质复合纳米结构,异质结的存在能有效地降低光生电子空穴对的复合,从而提高产物的光催化降解效果。     

CO_2在铜掺杂的TiO_2纳米管中的光催化还原研究

分别通过阳极氧化法和电沉积法制备了TiO_2纳米管及铜掺杂的TiO_2纳米管(CuxOy/TiO_2纳米管)复合材料。利用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜和X射线能谱分析等手段对材料进行表征。结果表明:用阳极氧化法制备的TiO_2纳米管为锐钛矿型,平均管直径为90~110nm,平均管长为300nm左右;采用电沉积法制备的CuxOy/TiO_2纳米管中铜以CuO的形式存在。在密封悬挂式光催化系统中,研究不同浓度CuSO_4电镀液制备的CuO/TiO_2纳米管对CO_2的光催化还原行为。在500W氙灯光照的条件下,TiO_2纳米管和CuO/TiO_2纳米管还原CO_2的产物是CO和CH_4;TiO_2纳米管在光照6h时,CH_4的产率达到1.3×10~(-6)/(cm~2·h),而0.04mol/L CuSO4电镀液制备的CuO/TiO_2纳米管在同样条件下,CH_4的产量达到3.7×10~(-6)/(cm~2·h)。这说明CuO/TiO_2纳米管显著提高了CO_2的光催化还原效率。     

TiO_2/氧化石墨烯复合纳米管的制备与光催化性能

采用水热法制备了TiO_2/氧化石墨烯(GO)系列复合纳米管光催化剂,分别利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱和紫外可见(UV-Vis)漫反射光谱对样品进行表征,并通过降解亚甲基蓝实验评估了样品的光催化性能。XRD与TEM表征结果表明,样品为锐钛矿相的纳米管结构,拉曼光谱结果进一步证实了其晶相,且观察到显著的GO拉曼峰。GO引入后,样品的吸收边未见显著移动,而在可见光区域出现GO所贡献的吸收增强。光催化活性表征结果显示,TiO_2纳米管的光催化活性明显强于纳米颗粒;GO引入后,随着GO量的增加,复合纳米管的光催化活性呈现先增强后减弱的变化趋势,GO溶液用量为2mL的样品表现出最佳的光催化性能。我们还对系列TiO_2/GO复合纳米管样品的光催化性能变化机制作出了详细讨论。     

Fe2O3/TiO2纳米管光催化降解微环境苯系物的实验研究

采用阳极氧化-阴极沉积-阳极氧化法制备了三氧化二铁/二氧化钛(Fe2O3/TiO_2)复合纳米管阵列,以室内空气典型污染物苯系物为模拟反应物,研究了湿度与催化剂用量对苯系物气体光催化降解效果的影响,并分析了Fe2O3/TiO_2复合纳米管光催化降解苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的反应历程。结果表明:该Fe2O3/TiO_2复合纳米管排列整齐均匀,相对纯TiO_2具有较高的可见光响应特性;光功率密度为0.9W/cm2、停留时间为10min,不同湿度和催化剂用量条件下总苯系物的降解率可以达到75%~95.3%;当湿度为60%,光催化剂用量为50cm2或62.5cm2时,各组分的降解率达到最高;湿度为0~30%,催化剂用量为25~37.5cm2时,各组分的降解率较高;在不同湿度下,苯系物各组分的氧化历程主要受正水离子及超负氧离子的数量影响。     

Ag/TiO2纳米管阵列等离子体光催化剂的制备及性能研究

以阳极氧化法制备的二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列为基底,利用化学还原法制备了不同银(Ag)含量的Ag/TiO_2复合薄膜,并对其进行表征。结果表明,化学还原法有利于Ag纳米颗粒在TiO_2纳米管上的均匀分布,Ag能产生表面等离子体共振吸收,有效增强TiO_2纳米管阵列对可见光的吸收能力,Ag的修饰大幅度提高了TiO_2纳米管阵列对气相苯的光催化降解活性,在光催化反应80min条件下,Ag含量为2%(wt,质量分数)制得的Ag/TiO_2复合薄膜光催化活性最佳,对气相苯的降解率达到97%。     

CuO修饰TiO2纳米管的沉积-沉淀法制备及其催化CO氧化性能

以钛酸纳米管和Cu(NO3)2为前驱体,采用沉积-沉淀法制备CuO修饰TiO2纳米管(CuO/TiO2NTs)。通过TEM(透射电子显微镜)、XRD(X射线衍射)和XPS(X射线光电子能谱)表征材料的结构,并研究制备过程中pH值对所得CuO/TiO2 NTs催化CO氧化活性的影响。研究表明,通过沉积-沉淀法可以制备高活性的CuO/TiO2NTs,随溶液的pH值升高,铜的负载量变少,而且不易被还原的二价铜含量升高,导致催化剂的活性变差。     

稀土及过渡金属掺杂TiO_2的制备及光催化性能研究

选用六水合硝酸镧(La(NO_3)_3·6H_2O)及六水合硝酸钴(Co(NO_3)_2·6H_2O)为掺杂剂,以钛酸四丁酯(TBOT)为原料,采用水热法制备了稀土La及过渡金属Co共掺杂的二氧化钛(TiO_2)复合光催化剂,并通过XRD、SEM、EDS、FT-IR表征手段对样品进行了分析。以甲基橙为模型污染物,研究La及Co共掺杂量对复合光催化剂活性的影响。结果表明:通过水热法制备的催化剂为球型结构的金红石相,掺杂La和Co并未改变TiO_2的晶体结构;(La/Co)/TiO_2复合材料对甲基橙的降解能力相比纯TiO_2有显著提高,当La及Co的共掺杂量为1%(mol,摩尔含量)时,降解效果最好,最高降解率可达到98.2%。     

Ag@AgI复合N,F共掺杂TiO_2纳米管的制备及其可见光催化性能

采用一步水热合成法制备出氮(N),氟(F)共掺杂TiO_2纳米管,然后通过沉积-沉淀法并结合光还原处理制备出一种新型Ag@AgI复合的N,F共掺杂TiO_2纳米管。结果表明:所制备的催化剂样品具有均匀的纳米管结构,比表面积较大可达210.6m~2/g。由于N,F的掺杂和Ag表面等离子体共振效应使得催化剂的禁带宽度降低到1.9eV,其光吸收边际红移到650nm左右,其在可见光范围的响应明显增强,光生电子-空穴对更容易分离。在波长大于400nm光照射75min,样品对甲基橙催化降解率达到98.2%,循环利用5次样品对甲基橙的催化降解率仍能保持在90%以上,说明该催化剂具有稳定的光催化活性。     

还原氧化石墨烯/TiO_2纳米管复合材料的制备及其光电催化还原CO_2的研究

采用阳极氧化法制备二氧化钛(TiO_2)纳米管,采用改良Hummers氧化法-浓碱法制备还原氧化石墨烯(RGO),采用阳极电化学沉积法制得RGO/TiO_2纳米管复合材料,以复合材料为反应阴极,以铂片(Pt)为反应阳极,光电催化还原二氧化碳(CO_2)为乙醇。并对制得的RGO/TiO_2纳米管复合材料进行了表征。结果证明:采用阳极电化学沉积法施加20V电压反应6h可有效制得RGO/TiO_2纳米管复合材料;以2%(wt.,质量分数)碳酸氢钠(NaHCO_3)水溶液为电解液,在紫外灯照射下施加1.5V电压,反应温度为50℃,反应时间为1h条件下,CO_2被还原为乙醇,产量为185.08nmol/(h·cm~2)。     

静电作用增强TiO_2-SiO_2复合气凝胶催化降解含油污水的研究

为了提高TiO_2颗粒的分散性,增强其光催化降解油污性能,利用溶胶-凝胶工艺制备出TiO_2-SiO_2复合气凝胶。引入甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(MTC)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)单体,形成的聚合物以静电吸引形式包覆在气凝胶骨架上。采用Zeta电位、扫描电子显微镜和X射线衍射等手段对复合气凝胶进行了测试和表征。结果表明:TiO_2-SiO_2复合气凝胶骨架表面成功吸引了带正电的MTC,同时TiO_2颗粒均匀分散在气凝胶中,提高了TiO_2催化降解油污的效率。     

TiO_2-NTs/rGO复合材料的制备及电化学性能

通过碱液水热法制备TiO_2纳米管(TiO_2-NTs)前驱体,并将其与氧化石墨烯复合得到二氧化钛纳米管/还原氧化石墨烯(TiO_2-NTs/rGO)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD),透射电子显微镜(TEM),电化学测试等分析技术对复合物进行表征。结果表明:复合物中TiO_2-NTs晶相为B型(TiO_2(B)),其管径约为25~30nm;与单纯TiO_2-NTs相比,石墨烯负载的TiO_2-NTs的倍率性能和循环性能都得到显著改善,在放电倍率为1C(335mA/g)时,TiO_2-NTs/rGO和TiO_2-NTs首次放电容量分别为258.5mAh/g和214.9mAh/g;电化学阻抗谱测试显示,复合材料的电荷转移电阻明显小于纯相TiO_2-NTs。     

核-壳结构TiO_2@Al_2O_3制备工艺的优化

探究温度、p H值、包覆量、包覆时间、初始质量浓度、搅拌速率、陈化时间等7个因素对并流法制备核-壳结构TiO_2@Al_2O_3的酸溶率的影响;采用响应面实验优化制备工艺,并以高分辨透射电镜(HRTEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-vis)等表征产物,并测试其性能。结果表明:当TiO_2初始质量浓度为200 g/L、搅拌速率为300 r/min、包覆时间为60 min时,各因素对酸溶率的影响次序为包覆量、温度、p H值、陈化时间;优化的工艺条件为:包覆量质量分数为4.5%、温度为83℃、p H=10、陈化时间为28 h,此时产物的酸溶率为17.4%; TiO_2@Al_2O_3壳层的厚度约为6 nm,其组成为勃姆石型Al2O3,并且与Ti O2核形成Ti—O—Al化学键,核-壳结构TiO_2@Al_2O_3具有更好的水分散性、分散稳定性及紫外屏蔽能力。     

H_3PW_(12)O_(40)对TiO_2纳米管光伏效应影响的研究

将H_3PW_(12)O_(40)(PW_(12))用电沉积法沉积在TiO_2纳米管薄膜上,得到PW_(12)-TiO_2纳米管复合薄膜,再将PW_(12)-TiO_2纳米管复合薄膜组装成光伏电池,测定其光电转换效率。结果表明:用PW_(12)修饰的TiO_2纳米管薄膜的光电转换效率达到3.62%,是未修饰TiO_2纳米管薄膜(0.36%)的10倍左右,说明在TiO_2纳米管薄膜光电转换时PW_(12)能有效地抑制光生电子-空穴的复合,起到了储存和转移电子的作用,从而极大地提高了TiO_2纳米管薄膜的光电转换效率。     

TiO_2/ZnO纳米管的制备及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列,并利用纳米管的光致超亲水特性,采用斜面毛细组装技术在无定形TiO2表面自组装ZnO溶胶后退火制备了TiO2/ZnO复合纳米管.探讨了阳极氧化各参数对纳米管形貌的影响.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)等方法对样品的结构和形貌进行了表征.以有机磷农药氯胺磷为光催化降解对象,研究了焙烧温度、管径、管长和TiO2/ZnO复合比例等因素对降解效果的影响.结果表明,焙烧温度、管径以及ZnO复合比例对光催化降解率影响较大.对于管径97 nm、管长315.8nm的TiO2/ZnO纳米管,ZnO最佳复合比例为4.2%(质量分数),5 h后降解率达到78%.     

以水杨酸为模板分子的Nd掺杂分子印迹TiO2的制备及光催化性能

以水杨酸(SA)为模板分子,钛酸四丁酯为钛源,硝酸钕为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法,在不同焙烧温度和不同Nd掺杂量下制备了一系列Nd掺杂分子印迹TiO_2(NMT)光催化剂。采用XRD、SEM、TEM、ICP-AES、EDS、XPS、FT-IR、N_2吸附-脱附(BET模型)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对产物进行了表征,并以光催化降解SA为指针反应,考察了Nd掺杂量、焙烧温度、SA溶液初始pH值对产物光催化活性的影响。结果表明,NMT为单一锐钛矿相,孔道结构的形成是晶粒堆积孔和模板剂脱除所致。相比非印迹TiO_2和未掺杂的分子印迹TiO_2,NMT对模板分子降解反应的光催化活性大大提高,且当n(Nd)∶n(TiO_2)=0.30%、550℃热处理2 h时光催化活性最佳:紫外光下其作为光催化剂可以得到86.4%的降解率(SA模拟废水初始浓度为20 mg/L、初始pH=4,降解反应时间为70 min),重复使用四次降解率仍保持在83.02%;可见光(λ400 nm)下可以得到97.96%的降解率(SA模拟废水初始浓度为20 mg/L、初始pH=4,降解反应时间为30 h)。     

MoS_2与TiO_2一维纳米复合材料的制备与表征

本文采用气相还原法制备了MoS2包覆TiO2的一维纳米复合材料,首先用水热法制备TiO2纳米管,并制备前驱体(NH42)MoS4;用浸渍法将(NH4)2MoS4附着于TiO2纳米管表面;然后利用氢气还原前驱体得到MoS2包覆层。用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)表征所得产物的结构及微观形貌。结果表明当还原反应温度较高(≥600℃)时,产物呈烧结状态,而当反应温度为500℃时,可以得到表面均匀包覆MoS2的TiO2纳米管复合材料,其中包覆层MoS2的结晶程度较低。在此基础上,本文提出了该产物的生长模型,并对包覆前后的样品做荧光性能分析。     

Sm-TiO_2光催化剂的制备及可见光下降解亚甲基蓝的研究

采用溶胶-凝胶法制备了稀土钐掺杂的纳米TiO_2光催化剂(Sm-TiO_2),通过XRD、XPS、UV-Vis-DRS、PL、Nano-sizer纳米粒度分析仪等对Sm-TiO_2样品进行表征和分析,以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同掺杂浓度样品对MB的光催化降解效果。结果表明,Sm的替代掺杂引起的晶格畸变促进了金红石相的形成,但晶界及表面的Sm物种抑制了TiO_2从锐钛矿相向金红石相转变,细化了晶粒。适量的Sm掺杂使TiO_2的吸收光谱阈值红移,有效降低了光生电子-空穴对复合率,提高了TiO_2光催化活性。当pH值=2、掺杂量n(Sm)∶n(Ti)=0.006、热处理温度为500℃时,Sm-TiO_2样品在普通日光灯下光催化降解MB的活性最高,其一级表观速率常数较相同条件下纯TiO_2提高了约4倍。     

PPy/TiO2复合微球的制备及其吸附-紫外光催化性能研究

以盐酸为无机酸,采用原位聚合法制备出不同摩尔比的聚吡咯/二氧化钛(PPy/TiO_2)复合微球,以亚甲基蓝(MB)染料为目标污染物,考察了PPy/TiO_2复合微球的吸附-紫外光催化性能以及影响因素。结果表明:制备PPy/TiO_2复合微球的最佳条件为摩尔比10∶1,投加量为1.5g/L;提高反应温度有利于光催化效率的提升,但对吸附量影响小;在酸性条件下废水中MB的去除效果优于中性和碱性条件下的去除效果;影响因素优化后,经30min吸附和3h紫外光催化处理,MB的去除率可达99.1%;PPy/TiO_2复合微球对MB和孔雀石绿这2种离子染料均有较高的去除率;紫外光催化降解MB的反应符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型;复合微球循环使用20次对MB的去除率依然可达到92.7%以上,说明PPy/TiO_2复合微球有极强的循环稳定性和应用潜力。     

富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂提升染料和药物降解的光催化行为研究（英文）

采用溶剂热法制备出富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂。通过光电子能谱议(XPS)、红外光谱仪(FTIR)、拉曼光谱仪(Raman)、扫描电镜(SEM)和UV-Vis漫反射光谱仪(DRS)等手段表征催化剂的形貌、结构、光学和物理性质。SEM观察到硬沥青表面完全被WO_3/TiO_2颗粒覆盖。Raman和XPS分析表明,富炭硬沥青与WO_3,TiO_2复合良好。DRS结果显示在带隙较低时(2.83 eV),富炭硬沥青基WO_3/TiO_2催化剂对可见光的吸收性能得到提高。在UV-A辐照下,通过降解橙色Ⅱ染料和药物来探讨所制催化剂的光催化性能。橙色Ⅱ染料降解度随着硬沥青添加比例增加而增加,这归因于吸附和光催化的协同效应,即光吸收的增加和光产生的空穴和电子在W/Ti界面容易转移。而且,为了对比硬沥青原料与所制催化剂的吸附性能,在不同pH值下进行了批量吸附实验,并采用等温线和动力吸附模型探讨了温度和吸附值。本研究提供了富炭硬沥青作为自然碳源应用于碳基光催化材料制备思路。     

Ag/TiO2纳米管复合材料的合成及其光催化性能研究

采用水热法制备了TiO2纳米管,并采用光化学沉积法制得含Ag量不同的Ag/TiO2-NTs纳米管复合材料;利用XRD、TEM、XPS、UV-Vis及FL等分析手段对Ag/TiO2-NTs复合材料进行表征,并研究了Ag/TiO2-NTs对甲基橙(MO)的紫外光催化降解性能。结果表明,Ag纳米粒子均匀分散在纳米管表面,Ag/TiO2-NTs复合材料在可见光区域表现出较强的吸收性能;Ag含量为4%的Ag/TiO2-NTs复合材料光催化降解率最高,紫外光照射3h后,初始浓度为10mg/L的甲基橙溶液降解率达到99%,比未掺Ag的TiO2纳米管降解率提高了16.6%。