金属改性的TiO2纳米管对光催化性能的影响

对TiO_2纳米管进行改性可进一步提高光催化性能,TiO_2纳米管的改性方式主要有三种:非金属离子掺杂、金属改性和半导体复合。本文主要介绍金属改性TiO_2纳米管的制备方法和光催化性能,金属改性分为金属离子掺杂和贵金属负载,金属离子掺杂主要介绍Fe和Zr,贵金属负载介绍Ag、Au、Pt。改性后的TiO_2纳米管有效地抑制了光生载流子的复合,因此具有比纯TiO_2纳米管更好光催化性能,降解有机污染物的效率更高。     

B掺杂TiO_2纳米管的制备及光催化性能研究

采用水热法合成锐钛矿型B掺杂的TiO_2纳米粉,并进一步制得B/TiO_2纳米管,采用XRD、TEM、SEM、EDS、FTIR、UV-Vis、BET及PL等对B/TiO_2纳米管进行表征,并研究了其对罗丹明B的光催化降解性能。结果表明,B/TiO_2纳米管的比表面积较大且达到267m~2·g~(-1),平均孔径为4.85nm,长度为200~500nm,分散能力好,光催化活性高;B/TiO_2纳米管对罗丹明B的光催化性能明显优于TiO_2纳米管。     

铁掺杂TiO2纳米粉光催化降解酸性刚果红

采用水热技术制备了铁掺杂TiO_2光催化剂,并用SEM、XRD、FT-IR对其进行了表征;以紫外灯(λ=254 nm)作为光源、酸性刚果红为目标降解物进行光催化性能的研究。SEM表征结果:自制的催化剂粉末由直径为2～3μm的TiO_2微米球形成,各微米球由八面体型的TiO_2纳米晶体(晶体长度1.0～1.5μm)自组装所成,形成八面体的三角形边长200 nm左右。XRD表征结果说明:所得光催化剂粉末为锐钛矿相TiO_2(即A-TiO_2),在其3种晶相中(锐钛矿相、金红石相和板钛矿相)中有最好的光催化性能。FT-IR结果表明:所制的TiO_2结构中存在大量的—OH,预计它有较高的光催化活性。光催化实验表明:掺杂离子提高了TiO_2光催化性能,Fe~(3+)掺杂量为6%(摩尔分数,下同)的TiO_2的光催化性能最好;在室温下,催化剂加用量1.2 g/L、降解时间10 min时,对60 mg/L酸性刚果红溶液(pH=6)的降解率达到82.73%。     

二氧化钛纳米管的合成及光催化性能

以纳米二氧化钛(TiO2,P25)为原料,通过水热法合成TiO2纳米管,同时,采用光沉积法将金属金(Au)或铂(Pt)负载于所合成的TiO2纳米管上,并对其进行了光催化性能的研究.用X射线粉末衍射仪、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计和比表面积法与孔径测定等仪器和方法对合成的样品进行表征.结果表明:合成出管径均匀且比表面积大于400 m2/g的TiO2纳米管.热处理结果表明:随着焙烧温度的增加,样品的比表面积减小.在焙烧过程中,TiO2的晶型由锐钛矿型向金红石型转变,TiO2纳米管的光催化活性高于P25纳米TiO2的.负载Au,Pt后,TiO2纳米管的光催化活性明显增加,且负载Au的样品在可见光区出现明显吸收峰,表明负载Au的Ti02纳米管有望成为可见光光催化剂.     

Gd掺杂锐钛矿型TiO_2光催化剂的制备及降解苯甲羟肟酸活性

以溶胶-凝胶法制备了不同煅烧温度及不同Gd掺杂量的TiO_2(TiO_2:x%Gd)粉末。对改性前后TiO_2结构和性能进行了表征,研究了Gd掺杂TiO_2粉末在紫外光下对苯甲羟肟酸的光催化性能。结果表明:相比纯TiO_2,适量Gd掺杂使TiO_2的光吸收强度增大、粒径减小且比表面积增大。掺杂后的TiO_2粉末具有很高的光催化活性,500℃煅烧的TiO_2:0.70%Gd催化剂光催化活性最佳,室温下300 W汞灯照射120 min后,对苯甲羟肟酸的降解率高达94.7%。总有机碳(TOC)测试显示,加入TiO_2:0.70%Gd后,苯甲羟肟酸矿化率达79.3%,苯甲羟肟酸降解后可能转化为有机小分子物质及无机CO_2和NO_3~-等。此外,Gd掺杂TiO_2重复使用4次后,苯甲羟肟酸的光催化降解率无明显降低,表明稀土Gd掺杂TiO_2是一种有效稳定的光催化剂。     

硼、钌的改性方式对TiO_2纳米管光催化性能的影响

采用阳极氧化法制得TiO_2纳米管(TNTs)、B改性TiO_2纳米管(B/TNTs),再结合湿浸渍法制得Ru改性TiO_2纳米管(Ru/TNTs)和B、Ru共改性TiO_2纳米管(Ru/B/TNTs)。采用扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)以及X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,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:B/TNTs及Ru/B/TNTs样品中的B掺入到TiO_2晶格中形成B-O-Ti键;Ru/TNTs样品中的Ru以RuO_2形式负载于TiO_2纳米管表面;Ru/B/TNTs样品中的Ru负载于纳米管表面,大部分以金属Ru0形式存在,少量以RuO_2形式存在;在B/TNTs和Ru/TNTs纳米管中,B的掺杂或RuO_2的负载使纳米管的光学带隙能减小、光吸收阈值红移,因而光催化活性大幅提高;Ru/B/TNTs纳米管的带隙能亦减小,但表面大量金属Ru0的存在,使TiO_2表面形成了新的电子-空穴复合中心,因而光催化活性低于Ru/TNTs或B/TNTs,仅与纯纳米管相当。     

Mg~(2+)掺杂TiO_2空盒子的制备及其光催化性能

为了解决纳米TiO_2带隙宽、电子-空穴对容易复合等问题,掺杂Mg~(2+)对TiO_2进行研究。以Ti(OC_4H_9)_4作为钛源,通过水热法制备Mg~(2+)掺杂TiO_2空盒子(Mg~(2+)@TiO_2)。采用透射电镜、X射线衍射及紫外漫反射对样品进行表征,探讨Mg~(2+)掺杂前后对其结构、性能等方面的影响。通过可见光催化降解有机污染物罗丹明B实验,证明了Mg~(2+)掺杂后的TiO_2纳米材料能够有效降解有机污染物罗丹明B,具有较高的光催化性能。     

Gd~(3+)掺杂TiO_2纳米管的制备及性能研究

本文以钛酸四丁酯为前躯体,结合溶胶-凝胶法和水热法,制备了Gd~(3+)掺杂的TiO_2纳米管。采用TG-DSC、XRD、TEM、UV-Vis等分析手段,对Gd~(3+)掺杂的TiO_2纳米管进行表征,比较了制备条件相同的情况下纯TiO_2纳米管与Gd~(3+)掺杂的TiO_2纳米管晶型转变温度、形貌及UV-Vis吸收差别。结果表明,Gd~(3+)的掺杂有利于晶型转变的降低,管径的减小,管长的增长。UV-Vis吸收光谱表明掺杂后的产物的反射率明显的比纯TiO_2纳米管的反射率减小,可见光区吸收增强,吸收边发生了明显的红移。     

Nd~(3+)掺杂Zno/TiO_2催化剂制备及光催化活性

以ZnSO_4·7H_2O和Ti(SO_4)_2为原料,体积分数40%的乙醇作溶剂,用共沉淀法制备ZnO/TiO_2和Nd~(3+)-ZnO/TiO_2[n(zn)∶n(Ti)=3∶10]催化剂。采用XRD和UV-Vis等技术进行表征,考察氨水浓度、Nd~(3+)掺杂量和催化剂用量对罗丹明B光催化降解的影响。XRD分析表明,稀土掺杂使催化剂中纳米TiO_2晶粒细化;UV-Vis吸收光谱表明,稀土元素掺杂后,催化剂在紫外光吸收有所加强;光催化降解实验表明,氨水浓度较低时,所得催化剂活性较高;掺杂适量Nd~(3+)能有效提高ZnO/TiO_2的光催化活性。当催化剂用量1 000 mg·L~(-1)、Nd~(3+)掺杂质量分数0.70%和浓氨水稀释10倍时,太阳光连续光照4 h,催化剂的光催化活性较高,废水COD_(Cr)去除率达90.1%。     

Cr3+掺杂TiO2粉末的水热制备及光催化活性

以钛酸四丁酯为钛源,采用水热法制备了铬离子掺杂的TiO2纳米粉末光催化剂。通过X射线衍射(XRD),扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和比表面积(BET)等方法对新制备的二氧化钛粉末进行表征。新制二氧化钛的光催化活性通过在紫外光照射下光催化降解室温下空气中的丙酮来表征。研究并探讨了Cr3+掺杂浓度对二氧化钛粉末的微结构和光催化活性的影响。实验结果表明,制备的掺杂浓度0.5%的Cr3+-TiO2纳米粉末具有最好的光催化活性。     

掺杂铁的纳米二氧化钛光催化降解对硝基苯酚的研究

以钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶(Sol-gel)法制备了掺杂铁的纳米TiO2粉末.采用X衍射仪对粉体的物相进行了表征.样品经500℃焙烧2 h后,摩尔分数0.02%Fe3+-TiO2纳米粉末为单一的锐钛型结构.通过粉体对对硝基苯酚的降解情况进行了光催化活性测试,结果表明,与纯TiO2相比,Fe3+-TiO2的光催化活性有较大提高,当Fe3+的掺入量为摩尔分数0.02%时催化活性最高.以高压汞灯为光源,对硝基苯酚的初始浓度为50 mg·L-1、0.02%(摩尔分数)Fe3+-TiO2催化剂投加量为1.0 g·L-1时,对硝基苯酚的光催化降解效果最好.     

Cu掺杂TiO_2光催化剂降解有机染料的研究

采用溶胶-凝胶法制备Cu/TiO_2光催化剂,在汞灯下光催化降解酸性品红溶液。探讨了金属掺杂量,煅烧温度、煅烧时间、催化剂的用量以及溶液初始浓度对光催化降解效率的影响。结果表明,Cu掺杂量为1.5%(摩尔分数)、煅烧温度600℃,煅烧时间2h的制备条件下,催化剂的最佳用量为0.1%(g/mL)对酸性品红染料初始浓度为10mg/L的降解率较高,光照60min后品红降解率可达74.3%;掺杂1.5%(摩尔分数)的Cu/TiO_2催化剂的光催化活性高于TiO_2,其光催化降解率较TiO_2提高了21%。Cu的掺杂可以显著提高TiO_2的光催化效率。     

Cu掺杂TiO_2光催化剂降解有机染料的研究

采用溶胶-凝胶法制备Cu/TiO_2光催化剂,在汞灯下光催化降解酸性品红溶液。探讨了金属掺杂量,煅烧温度、煅烧时间、催化剂的用量以及溶液初始浓度对光催化降解效率的影响。结果表明,Cu掺杂量为1.5%(摩尔分数)、煅烧温度600℃,煅烧时间2h的制备条件下,催化剂的最佳用量为0.1%(g/mL)对酸性品红染料初始浓度为10mg/L的降解率较高,光照60min后品红降解率可达74.3%;掺杂1.5%(摩尔分数)的Cu/TiO_2催化剂的光催化活性高于TiO_2,其光催化降解率较TiO_2提高了21%。Cu的掺杂可以显著提高TiO_2的光催化效率。     

Mo掺杂TiO_2的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO_2与Mo掺杂TiO_2纳米粒子,并利用XRD、UV-VIS、XPS等测试手段对制备的TiO_2纳米粒子进行表征;以亚甲基蓝为光催化反应模型,考察了煅烧温度、钼掺杂量等对TiO_2晶格畸变,晶粒大小,晶型,光学性能及光催化活性的影响.结果表明:大部分Mo~(6+)取代晶格中Ti~(4+)的位置,引起晶格畸变,抑制晶粒长大与TiO_2由锐钛矿相向金红石相转变;样品经450 ℃煅烧, 随Mo掺杂量增加,激发波长红移增加,当煅烧温度升至600 ℃,1.8%Mo-TiO_2样品中锐钛矿相含量增加,致光激发波长蓝移;适量的Mo掺杂有利于提高TiO_2光催化效果,Mo掺杂物质的量分数为1.8%, 经600 ℃煅烧后样品的光催化性能最佳.     

掺杂纳米-TiO_2改性相变微胶囊壁的性能研究

以掺杂金属Fe~(3+)、Zr~(4+)、Ce~(4+)的TiO_2纳米粒子及TiO_2纳米粒子填充聚乙烯醇(PVA)改性密胺甲醛树脂为微胶囊复合壁材,以十四烷为芯材,采用原位聚合法制备了掺杂TiO_2纳米粒子填充PVA改性囊壁的相变微胶囊。考察了掺杂TiO_2纳米粒子对微胶囊机械性能、热性能及表面形态的影响,采用FT-IR、TG和SEM等方法对其进行了表征。结果表明,当囊壁中均匀地掺杂纳米TiO_2后,微胶囊的机械强度增大,芯材释放率减小。当壁材中Fe~(3+)掺杂纳米TiO_2质量分数为0.5%时,微胶囊破损率为18.5%,芯材10 d释放率为22.6%。     

铁钇掺杂TiO_2纳米棒薄膜的制备和光学行为

以Ti(OC4H9)4为钛源,冰乙酸和无水乙醇为溶剂,采用旋涂法在掺F-SnO_2玻璃基板上制备一层TiO_2薄膜籽晶层。再采用水热法,以盐酸和蒸馏水为溶剂,Fe(NO3)·9H2O和Y(NO3)·6H2O为掺杂剂,制备了掺杂TiO_2纳米棒薄膜。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和紫外可见分光光度计对样品的晶型结构、微观形貌和光学行为等进行表征。结果表明:制得的TiO_2薄膜由Rutile相和Anatase相TiO_2纳米棒阵列组成,Fe~(3+)掺杂量为1.5%时,纳米棒直径最大,垂直生长性最好,分散均匀,结晶度高,比表面积大,有适宜的孔隙率。共掺时Rutile相的衍射峰强度减弱,相对于未掺杂TiO_2薄膜,Fe~(3+)、Y~(3+)共掺后TiO_2薄膜的吸光度有了明显的增强,紫外吸收边带红移最大,1.5%Fe~(3+)和1.5%Y~(3+)共掺时TiO_2纳米棒薄膜的禁带宽度最小为2.95 eV。     

锌离子改性TiO_2纳米管阵列负载亲疏水药物的研究

TiO_2纳米管阵列具有规则的中空结构、较大的比表面积以及良好的生物相容性,有利于实现药物的填充及负载。本文通过阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列,再通过水热的方法对纳米管进行改性,最后采用真空干燥法于TiO_2纳米管阵列负载亲水性的阿仑膦酸钠和疏水性的布洛芬,并考察了TiO_2纳米管阵列-亲疏水药物负载体系在磷酸盐缓冲溶液(PBS)中的释放行为。利用冷场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、以及紫外分光光度计(UV-VIS)等对试样进行表征。实验数据表明,改性的TiO_2纳米管阵列载入两种药物的量都有增加。改性后的纳米管的释放行为也包括前数小时较高释放量的快速释放阶段,但在后期的缓慢释放阶段改性后比未做任何改性的纳米管释放的更缓慢,结果表明改性后的纳米管具有一定的缓释效果。     

Sm掺杂TiO_2降解苯胺黑药性能

采用溶胶–凝胶法在不同煅烧温度下制备了不同Sm掺杂量TiO_2 (x%Sm/TiO_2)粉末。对制备的x%Sm/TiO_2样品进行结构和性能表征,研究了x%Sm/TiO_2粉末在紫外灯下对苯胺黑药的光催化降解性能。结果表明:适量Sm掺杂的TiO_2比纯TiO_2的光吸收强度及比表面积更大,且粒径更小。Sm掺杂TiO_2粉末具有高的紫外光催化活性,在300 W汞灯照射下,500℃煅烧的0.25%Sm/TiO_2样品催化反应180 min对苯胺黑药的降解率达91.9%,表现出较高催化效率。另外,0.25%Sm/TiO_2重复使用4次后,对苯胺黑药的降解率无明显降低,表明Sm掺杂TiO_2催化剂具有优良的稳定性。淬灭剂实验表明,催化剂降解苯胺黑药主要是羟基自由基和空穴的协同作用,其中羟基自由基起主要作用。     

过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能研究进展

随着环境污染的日益加剧,光催化技术可利用自然光降解大气或水体中的污染物,是解决环境污染问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)因具有光催化活性高、稳定性好及无毒等优点,应用前景较好;但TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易复合,在光催化领域的应用受到限制。对TiO_2进行掺杂改性并开发具有特殊结构的材料是目前光催化研究的热点。综述了近年来国内外在过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能方面的研究进展,分析和比较了不同类型过渡族金属离子掺杂对TiO_2晶体结构及光催化性能的影响,并对其作用机理进行了讨论,评价了影响掺杂纳米TiO_2光催化性能的关键因素,同时针对过渡族金属离子掺杂改性存在的问题提出了建议,为纳米TiO_2光催化技术的发展提供参考。     

紫外光照下用自制掺Fe~(3+) TiO_2催化降解二甲酚橙

以水热法制备了掺Fe⁽³⁺⁾的TiO_2粉末,用XRD测定了晶型,研究了以其为催化剂对二甲酚橙的光催化降解作用,分析TiO_2投放量、掺Fe(3+)的TiO_2粉末,用XRD测定了晶型,研究了以其为催化剂对二甲酚橙的光催化降解作用,分析TiO_2投放量、掺Fe⁽³⁺⁾量、二甲酚橙的初始浓度和溶液的初始pH等对光催化降解效率的影响。结果表明,用自制的掺Fe(3+)量、二甲酚橙的初始浓度和溶液的初始pH等对光催化降解效率的影响。结果表明,用自制的掺Fe⁽³⁺⁾A-TiO_2光降解二甲酚橙溶液的最佳条件是:催化剂用量为1.2 g/L,TiO_2掺铁量为7%(摩尔分数)、二甲酚橙溶液初始浓度为300 mg/L(pH=6)、室温下紫外光照(λ=365 nm)反应30 min,二甲酚橙的降解率(D%)最大,达到67.9%。