Bi、S共掺杂对TiO_2纳米颗粒的结构和光催化性能的影响

以钛酸丁酯、硝酸铋和硫脲为原料,采用溶胶-凝胶法制备了不同n[Bi(S)]/n(Ti)的Bi、S共掺杂的TiO2光催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、激光拉曼光谱(FT-Raman)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV/vis DRS)、微反等方法对光催化材料进行了研究。结果显示,Bi、S元素在TiO2纳米颗粒中分别以Bi2O3和SO42-形式存在,共掺杂未能改变TiO2的锐钛矿结构。Bi掺杂后,通过形成Bi—O—Ti键在TiO2禁带中产生了杂质能级,降低了纳米材料的禁带宽度,从而提高了光吸收效率;而S的引入,增多了催化剂表面的酸性位,有利于光催化活性的提高。Bi、S掺杂能明显改善TiO2纳米颗粒光催化甘油水溶液制氢的性能,3%Bi、S共掺杂TiO2具有最高的产氢速率,在紫外光和模拟太阳光照射下,其产氢速率可分别达到1 514.9和190.2μmol/(h·g)。     

氟、硼共掺杂对纳米TiO_2能带结构与可见光光催化性能的影响

以钛酸四丁酯、氟化铵、硼酸为原料,采取改进的溶胶-凝胶法制备了氟、硼共掺杂的纳米二氧化钛粉体.XRD结果显示氟、硼共掺杂不仅可以抑制晶粒生长,还可以阻止锐钛矿相向金红石相的转变.当氟、硼物质的量比为5∶ 20时,其表现出更好的可见光响应.XPS 结果表明:氟和硼分别和钛形成了F-Ti键和B-Ti键,它们的形成可提高价带中光生空穴的氧化能力和拉窄二氧化钛的带隙,从而提高了其可见光照射下的光催化活性.可见光照射下降解4-氯苯酚,结果表明:经600 ℃煅烧2 h的样品,氟、硼物质的量比为5∶ 20,其降解率分别是单掺杂和纯二氧化钛的1.5到3倍.总有机碳(TOC)分析结果表明4-氯苯酚在可见光照射下被光催化剂有效地矿化.     

S,Fe共掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化性能

以水热法制得了S,Fe共掺杂的纳米TiO2光催化剂(TiO2-S-Fe),XRD分析表明,其为锐钛矿晶型,S,Fe掺杂能抑制TiO2粒径的生长;UV-vis漫反射表明,TiO2-S-Fe对可见光吸收增强,吸收带边明显红移;XPS显示S,Fe共掺杂,使得TiO2表面羟基氧含量提高,从而提高催化剂活性;可见光降解甲基橙溶液结果表明,共掺杂样品光催化效果优于单掺样品,S和Fe共掺杂对提高TiO2可见光活性具有协同效应。当Fe3+∶S∶Ti(摩尔比)=0.005∶1∶1,180℃下水热反应3 h时,制得的TiO2-S-Fe可见光催化活性比纯TiO2的活性提高了约10倍。     

N、La共掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化性能

以钛酸丁酯、尿素、硝酸镧为原料,采用超声辅助溶胶-凝胶法制备了N、La共掺杂纳米TiO_2光催化材料。用XRD、DSC-TG、UV-Vis DRS、FT-IR、SEM、EDS对材料结构和性能进行了表征。以苯酚为目标污染物,考察材料的光催化性能。结果表明:N、La共掺杂协同作用使晶粒细化,材料的光催化活性显著提高;当N掺杂摩尔分数为5%、La掺杂摩尔分数为1%、催化剂用量为1.5 g/L、焙烧温度为500℃时,光催化降解5 mg/L苯酚的效果最佳。     

剥离MoS_2负载TiO_2的制备与甘油水溶液光催化制氢

MoS_2是一种新的、低成本的析氢催化剂。在聚乙烯吡烙烷酮(PVP)存在下,以钼酸钠和硫代乙酰胺为原料,水热法合成了薄层MoS_2。该MoS_2在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中超声剥离后负载于P25 TiO_2上制备了薄层MoS_2/TiO_2。通过XRD、SEM、UV-Vis漫反射光谱、Zeta电势等手段表征该光催化剂。MoS_2负载增加了TiO_2的光吸收并降低其电荷零点p H。研究MoS_2制备与剥离条件对生物质甘油为电子给体的MoS_2/TiO_2光催化制氢活性的影响。结果表明,MoS_2在DMF剥离后的制氢活性比剥离前大大提高;MoS_2最佳负载量为1.60%(wt),超声剥离MoS_2制备的MoS_2/TiO_2制氢活性是未剥离制备的4.18倍。DMF作为溶剂,超声分散效果明显比水好;PVP也促进了MoS_2的剥离,从而提高制氢活性。研究以甘油为电子给体的光催化制氢体系反应规律及机理。反应体系最佳pH与MoS_2/TiO_2的电荷零点pH一致;甘油浓度对制氢速率的影响符合Langmuir-Hinshelwood动力学模型,详细地讨论了反应机理。     

Fe、Cr共掺杂TiO_2纳米球的制备

以钛酸丁酯、九水硝酸铁、九水硝酸铬、为原料,采用改进新工艺溶胶-凝胶法制备Fe、Cr共掺杂的TiO_2纳米球光催化材料,且用超声波热处理调控其微结构,通过溶胶-凝胶法加超声波辅助热处理合成了铁铬共掺杂纳米球平均粒径大小约为17.836μm,比普通煅烧处理具有较高的结晶度且平均粒径小。采用X射线衍射仪、激光粒度仪、热重天平、扫描电子显微镜等对样品的形貌和晶型进行了表征。结果表明Fe-Cr-TiO_2纳米球均为高度结晶的锐钛矿晶型,Fe、Cr共掺杂对TiO_2显著的提高其自身的结晶程度,热重分析结果显示制备得到的TiO_2锐钛矿晶体转变为金红石相晶体的相转变温度明显降低。此次研究为改进TiO_2光催化光水解性能提供新的方法,促进太阳能光催化光水解材料的发展。     

S/SnO_2共掺杂TiO_2的制备及光催化性能

以硫脲作为S源、氯化锡作为Sn源,水热合成法制备了S/SnO_2共掺杂的TiO_2粉体。通过XRD、SEM对产物进行了表征,采用UV光谱研究了所得产品的光催化效果。以质量浓度为0.02 g·L~(-1)甲基橙水溶液为模拟污染物。实验结果表明:水热合成出的产品粒径较小,约14 nm左右,SnCl_4的加入不仅与C_(16)H_(36)O_4Ti竞争水源,而且对于产品有一定的分散效果。光催化活性实验结果表明:当紫外灯照射时间达到1 h时,甲基橙基本降解完毕,脱色率达到95%以上。     

Ho掺杂对纳米TiO2晶体结构和光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纯的和Ho掺杂的TiO2纳米粒子,对样品进行了X射线衍射分析,并以甲基橙的光催化降解研究了样品的光催化性能.结果发现:Ho的掺杂不但抑制了TiO2粒径的长大,细化了晶粒,而且引起了晶格的畸变和膨胀.Ho的掺杂有抑制TiO2晶型转变的作用.适量Ho的掺杂可提高TiO2的光催化性能,在所进行试验的条件下,最佳掺杂摩尔分数为0.3%.煅烧温度为600℃时,掺杂和未掺杂的TiO2光催化性能均最佳,且Ho掺杂的TiO2光催化性能高于未掺杂的TiO2.     

硫/铜共掺杂纳米TiO_2的制备、表征及其光催化性能

以钛酸丁酯为钛源,采用溶胶凝胶法制备了硫/铜共掺杂的锐钛矿型TiO2粉体(S/Cu-TiO2),并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和N2吸附等手段对其进行了表征;以中性红为模型物考察了其光催化活性。结果表明:在450℃下焙烧2 h得到摩尔分数0.2%S/Cu-TiO2为单一锐钛矿相纳米颗粒,平均粒径为40—70 nm,而于550℃和650℃下焙烧得到的样品中含有部分金红石相,因此,掺杂离子可有效抑制TiO2晶粒的生长,温度高于450℃不利于制备锐钛矿相TiO2;在最优的实验条件下,即在紫外光下达吸附平衡的200 mL质量浓度为20 mg/L的中性红溶液加入0.15 g 0.2%S/Cu-TiO2,紫外光催化降解120 min,此时中性红的降解率达近100%;该催化剂降解中性红的动力学结果显示该过程可由Langmuir-Hinshelwood(L-H)拟一级动力学模型来描述。     

一步法原位制备碳氮共掺杂TiO_2纳米材料及其光催化制氢性能

采用碳化钛(TiC)粉末在氨气气氛中煅烧的方法一步原位制备了碳氮共掺杂的TiO_2纳米材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射谱(UV-VisDRS)等手段对其进行了表征。UVVisDRS分析结果表明,碳氮共掺杂的TiO_2的吸收带边较TiO_2有明显地红移且吸收强度增大。研究了热处理温度对样品的光催化产氢性能的影响,结果表明,550℃所制备的样品的光催化活性最好。相对于纯TiO_2和碳掺杂TiO_2,C和N的引入提高了TiO_2在紫外-可见光区的光催化制氢性能。     

Gd,B共掺杂改性TiO_2纳米颗粒的可见光光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了Gd和B共掺杂的TiO2纳米颗粒,研究了TiO2纳米颗粒在可见光下的光催化活性。应用XRD、TEM和UV-Vis等手段对TiO2纳米颗粒的物相、粒径、形貌及光学性能进行了表征。结果表明,掺杂可以抑制TiO2晶粒增长,阻碍TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变。紫外-可见吸收光谱显示,共掺杂纳米颗粒在可见光区吸收有较强提高,共掺杂离子以协同作用拓展TiO2光谱响应,使吸收带产生红移,提高光生载流子的分离效率。光催化降解实验表明,共掺杂TiO2纳米颗粒有很高的可见光光催化活性,以500℃热处理的共掺杂摩尔比为0.005 Gd和0.04 B的TiO2纳米颗粒光催化效果最好,在可见光下对甲基橙的降解率为98.9%。     

硼掺杂TiO_2纳米颗粒的制备与可见光催化性能研究

通过用溶胶-凝胶法制备纯的和掺杂硼的TiO_2纳米颗粒,对样品进行可见光光催化降解有机废水实验,研究主要影响因素对甲基橙在可见光催化降解的影响规律。结果表明,在煅烧温度600℃,催化剂用量50 mg,摩尔比0.05,120 min光照甲基橙,最高降解率达51.26%。在此基础上,以镧硼掺杂比为1∶2的TiO_2催化剂的光催化降解率最高达61.48%。通过掺杂修饰的TiO_2,提高了其可见光的光催化活性。     

Fe、N掺杂纳米TiO_2薄膜的光催化性能

为了得到具有良好光催化性能,且易于成膜的纳米TiO_2,采用胶溶法制备透明TiO_2溶胶,以浸渍提拉方式涂膜,通过元素掺杂来提高纳米TiO_2的光催化性能,由实验结果可知,Fe、N共掺杂TiO_2薄膜的各项性能优于N掺杂、Fe掺杂,不论是单掺杂还是共掺杂其掺杂后的性能都比未掺杂的TiO_2光催化性能要好,Fe、N共掺杂TiO_2薄膜在180 min时对8 mg/L的亚甲基蓝溶液的降解率达到99%,接触角测试可知60 min紫外光光照时薄膜样品的接触角都下降到0°,且XRD分析可知制备的样品主要是锐钛矿相,SEM观察发现,制备的薄膜表面均匀致密,晶粒尺寸约为10 nm左右。     

N、In共掺杂TiO_2光催化剂制备及性能

室温下,以尿素、硝酸铟为前驱体,采用超声化学法制备N、In共掺杂TiO_2光催化剂,并用X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜、紫外-可见漫反射分光光度计等对其进行表征。以罗丹明B(RhB)为污染物,考察其在太阳光照射下催化活性。结果表明,所制备的TiO_2催化剂均为锐钛矿;N和In进入TiO_2的晶格,分别以O-Ti-N和Ti-O-In形式存在,使禁带宽度变窄,光量子效率提高,光催化活性增强。N和In共掺杂使TiO_2光吸收发生红移,拓宽了可见光响应范围。在太阳光照射下,6 h后RhB的降解率达到100%。     

N、S共掺杂改性TiO_2的制备及其光催化活性

采用焙烧法制备了具有可见光催化活性的光催化剂SxTi1-xN2-yOy.光电子能谱结果表明SxTi1-xN2-yOy中S是以 6价阳离子的形式存在,其掺杂方式是置换了晶格金属离子Ti4 形成阳离子S6 的掺杂;且由于S6 阳离子的存在,导致N1s出现宽化移动现象,N在掺杂过程中形成了N-C、N-S、N-O及Ti-N键.紫外-可见漫反射及表面光电压谱研究结果表明,SxTi1-xN2-yOy吸收带边为528 nm,对应的带-带跃迁能量为2.3 eV,具有明显的可见光催化活性,SxTi1-xN2-yOy仍为n型半导体.模拟太阳光下的光催化降解苯甲酸试验表明,SxTi1-xN2-yOy在可见光下具有很好的光催化活性,是未改性TiO2的2.8倍.     

SWCNT掺杂改性对纳米TiO_2光催化的影响

采用气相氧化法制备高纯度单壁纳米碳管(SWCNT)。用溶胶-凝胶法制备TiO2/SWCNT复合光催化剂。利用热重分析和X射线测试手段对样品的热处理过程、晶体结构进行了测试。结果表明,550℃时SWCNT有较好的稳定性,纯度较高;SWCNT的加入抑制了颗粒TiO2的变大;SWCNT的掺杂量(质量比)在0.9%时,光催化活性最佳。     

La-N共掺杂改性TiO_2光催化性能研究

用溶胶-凝胶法制备了La、N共掺杂的TiO2光催化剂,以甲基橙为模拟污染物,考察了其光催化活性。结果表明,La-N共掺杂TiO2光催化剂与单掺N的TiO2以及纯TiO2相比,光催化活性有明显提高,当煅烧温度为600℃,添加La的摩尔分数为0.10%时,光催化活性最佳。     

金属离子掺杂对TiO_2薄膜性能的影响

以钛酸丁酯为主要原料,在乙醇-水体系中采用溶胶-凝胶法,制备掺杂Li+、Mg2+、Al3+三种金属离子的溶胶前驱体,利用浸渍提拉法制备TiO2薄膜。结果表明,掺杂金属离子的薄膜的最大吸收波长均在300~310 nm处;掺杂Li+、Mg2+的薄膜的吸收光谱发生蓝移,且随掺杂量的增多蓝移现象减弱;掺杂Al3+的发生红移,且随掺杂量的增多红移现象减弱。掺杂Mg2+的吸光性能较好。扫描电镜照片表明试样的表面平整,颗粒均匀。     

节能灯光响应Ce-Fe共掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了Ce、Fe共掺杂的纳米TiO_2光催化剂.以节能灯为光源,考察了催化剂组成、催化剂加入量、反应温度等对其光催化降解亚甲基蓝性能的影响.结果表明:与不掺杂及Ce、Fe单掺杂相比,Ce-Fe共掺杂能明显提高纳米TiO_2在节能灯照射下的光催化活性.其中,Ce_(0.062)5Fe_(0.004)/TiO_2的催化效果最佳,当反应温度50 ℃,反应液pH值5.33,催化剂加入量0.313 g/L 时,4 h的降解率可达96.00%.XRD分析结果显示,催化活性较好的催化剂均为锐钛矿和金红石的混晶,晶粒尺寸在20～30 nm之间.     

Zn、Ce共掺杂对钴基吸附剂脱硫性能的影响

采用共沉淀法制备一系列钴基脱硫剂,考察了Zn和Ce掺杂对其脱硫性能的影响。脱硫性能测试结果显示,只有在Zn和Ce共掺杂的条件下,钴基吸附剂(15%Zn O-15%Ce O2-70%Co3O4)脱硫性能显著提高。在25℃、体积空速3 000 h-1、H_2S质量浓度1.39×10-3g/L的条件下,其穿透硫容为7.44%,是纯Co3O4的3.35倍。在不同温度下测试其脱硫性能,发现在50~150℃内提升速度最快,再升高温度,脱硫性能提升缓慢。通过X射线衍射(XRD)、N2物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)对吸附剂进行了表征,结果显示,Zn和Ce共掺杂后,吸附剂的结晶度降低,比表面积增大,孔道结构丰富,Zn~(2+)和Ce~(4+)分别取代Co~(2+)和Co~(3+),所形成的氧空位和表面化学结构的改变有利于提高钴基吸附剂的脱硫性能。