纳米TiO2-Pt复合材料的制备及在可见光下的光催化性能研究

采用低温水热法制备纳米棒状锐钛矿相TiO₂溶胶,以氯铂酸为Pt源,通过贵金属沉积制备不同含量Pt的纳米TiO₂-Pt复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱分析对纳米TiO₂-Pt复合材料的表面形貌和光学性质进行了表征,利用氙灯照射模拟可见光光源对亚甲基蓝(MB)水溶液进行光催化反应降解,通过溶液前后吸光度值的变化来准确评价实验材料的光催化活性。结果表明：制备的二氧化钛溶胶尺寸均一,为标准的锐钛矿型;且Pt纳米粒子很好地分散于TiO₂表面,正是由于铂层的存在,有效抑制了光生电子-空穴的复合,延长了光生载流子的工作寿命,提升了量子效能,使TiO₂-Pt的光催化活性远高于普通TiO₂,对亚甲基蓝的光降解效果也达到了88.5%。     

波浪纹黑色二氧化钛微米管的制备及其光催化性能研究

为了提高TiO₂的光催化性能，以钛酸丁酯(TBT)为钛源通过溶胶-凝胶法制备出TiO₂前驱体，再以棉纤维为模板，将吸附有TiO₂前驱体的棉纤维煅烧后得到了一种表面呈波浪纹的TiO₂微米管，随后通过原位固态还原法，以硼氢化钠(NaBH₄)为还原剂制备出黑色二氧化钛(TiO_2-x)光催化剂。采用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等手段对样品晶体结构与表面化学状态进行表征。以可见光下亚甲基蓝(MB)的光降解反应为模型，对所制备的TiO_2-x的光催化性能进行评估。结果表明：相比于TiO₂,TiO_2-x在可见光下具有更高的催化活性，3h内对MB的降解率达到65.1%,是一种性能优异的光催化剂。     

TiO2负载木质素纤维的制备与光催化降解甲基橙性能研究

以木质素纤维为载体，采用碱性氧化法对载体木质素纤维进行预处理之后，使用钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂，并检测了在紫外光催化下对甲基橙的去除能力以及循环反应性能。TiO₂负载木质素纤维复合材料的结构性能通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)等测试技术进行表征。结果表明：TiO₂颗粒均匀地分布在木质素纤维表面，合成了高度分散的TiO₂负载木质素纤维复合光催化材料；在钛酸四丁酯10mL、无水乙醇35mL、pH为3、温度为35℃时，TiO₂产率最高为89%;经紫外光照射2h,不同浓度下对甲基橙的降解率最高为75.5%,不同pH下对甲基橙降解率最高为80.1%,不同温度下对甲基橙溶液的最佳去除率为63.2%。TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂再循环使用中，表现出较好的抗循环衰减特性，经过5次循环后，其对甲基橙的降解率仍达到77.6%。     

离子液体中Co掺杂介孔TiO2可见光催化剂的制备及性能研究

以离子液体([C₄MIM]BF₄)为模板剂, 采用溶胶-凝胶法制备了介孔TiO₂和Co掺杂的介孔TiO₂光催化剂。研究了Co掺杂对样品的比表面积、晶相、元素价态、吸光特性及可见光活性的影响。结果表明: 所制备的Co/TiO₂光催化剂为介孔结构的具有较大比表面积的锐钛矿相纳米颗粒; XPS分析表明: Co以Co²⁺取代Ti⁴⁺进入TiO₂晶格形成杂质能级, 降低了TiO₂带隙能, 有效拓展了TiO₂的光响应范围。以亚甲基蓝水溶液为降解对象, 在可见光 (λ>420 nm)下考察制备样品的光催化活性, 结果表明: Co掺杂的TiO₂具有可见光活性, 且0.3%Co/TiO₂的活性最高。     

负载TiO2的硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能研究

硅藻土是一种天然生物成因的SiO₂. 采用硅藻土做载体,用溶胶-凝胶法制备TiO₂/硅藻土复合光催化剂,TiO₂呈薄膜状负载在硅藻土上,部分团聚成颗粒状. 在紫外光条件下负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝具有良好的光催化降解性能,36h后对亚甲基蓝的脱除率为90％, 48h达到98％, 降解效果好. 纯硅藻土48h后对亚甲基蓝的脱除率仅为35％左右. 负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能受TiO₂的同质多像结构影响. 随着锐钛矿含量增加, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能增强. 但是, 当温度进一步升高, TiO₂由锐钛矿型转化为金红石型, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能随之降低. 添加H₂O₂明显提高亚甲基蓝溶液的降解效果.     

银掺杂TiO2可见光催化剂的制备与表征

制备了Ag掺杂二氧化钛可见光催化剂(Ag/TiO₂),优化了Ag掺杂量、焙烧温度、焙烧时间等制备条件，采用SEM、EDS、XRD、FT-IR、TGA等对Ag/TiO₂进行了表征。结果表明，在Ag掺杂量为1.0%、焙烧温度800℃、焙烧时间3h的优化条件下，Ag/TiO₂在可见光下降解40mg/L的亚甲基蓝，降解率达到了96.85%,与TiO₂在紫外光条件下的光催化降解相当。表征结果表明，Ag被成功地掺杂到了粒子表面，且在TiO₂的表面缔合，这有效地拓宽了TiO₂在可见光区的吸收，增强了Ag/TiO₂光催化剂的光谱响应，大幅度提高了Ag/TiO₂在可见光下的催化活性。     

La3+-Pr3+共掺杂纳米TiO2粉体的光催化性能

以钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和La³⁺-Pr³⁺共掺杂复合粉体(La³⁺-Pr³⁺/TiO₂), 采用XRD、 UV-Vis和TEM等测试手段分析了在紫外光照射下, 以降解甲基橙为探针反应研究其可见光催化性能。结果显示: 所有样品均为锐钛矿相纳米TiO₂, 稀土元素镧和镨掺杂后TiO₂特征衍射峰宽化, 强度降低; 与纯TiO₂、 镧掺杂TiO₂与镨掺杂TiO₂相比, 光催化剂La³⁺-Pr³⁺共掺杂TiO₂颗粒的粒径更小, 比表面积更大, 光吸收边红移程度更显著; 与未掺杂和单一掺杂的TiO₂相比较, 共掺杂的TiO₂具有更高的可见光催化性能。当La³⁺与TiO₂和Pr³⁺与TiO₂的摩尔比分别为1.0%和0.2%时, 可见光催化性能最好。可见光催化性能的提高归因于镧和镨的协同作用。     

Er3+掺杂TiO2空心球的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氧化铒、硝酸等为原料, 采用碳球模板法制备了TiO₂: Er³⁺空心球材料, 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法, 对样品的结构和形貌进行了表征。并利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了TiO₂: Er³⁺空心球材料在催化染料罗丹明B、亚甲基蓝、茜素红、甲基橙的脱色降解过程中的应用性能。系统研究了Er³⁺掺杂浓度、不同离子型染料和染料水溶液的pH等因素对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经600℃煅烧3 h制备的TiO₂: Er³⁺为锐钛矿晶型, 空心球结构, 尺寸均匀, 粒径约为120 nm, 比表面积约为60.5 m²/g; Er³⁺掺杂量为0.5mol%的样品对甲基橙染料的催化降解效率最高; 对四种不同离子型染料, 茜素红的催化降解效果显著, 在紫外光照射下, 催化效率较未掺杂Er³⁺的TiO₂提高了约30%。     

TiO2/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO₂及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO₂纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO₂和rGO/TiO₂复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO₂主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO₂的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO₂吸收带发生一定红移,TiO₂禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO₂具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基...     

介孔RGO/TiO2复合光催化材料的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法, 以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构引导剂, 柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂原位合成不同GO含量的介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(GO/TiO₂), 再经过紫外灯辐照还原获得介孔还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(RGO/TiO₂)。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行分析表征, 研究了RGO/TiO₂的形貌、孔径分布情况, RGO的引入对光生电子-空穴对寿命、吸附性能、光催化性能的影响。分别在紫外光和太阳光条件下评价了复合材料的光催化性能, 并在紫外光条件下, 对催化剂进行了多次回收循环测试。测试结果表明: TiO₂均匀地生长于RGO表面, RGO/TiO₂为介孔材料; RGO的引入可以有效地抑制光催化剂中光生-电子空穴对的复合, 提高吸附性能和光催化性能, 7wt%RGO/TiO₂显示出对甲基橙的最佳吸附效果; 5wt%RGO/TiO₂对甲基橙具有最佳光催化效果和稳定的催化活性, 经过4次循环后, 紫外光照50 min, 对甲基橙的降解率仍能达到首次降解效率的90%以上。     

CNTs/TiO2复合物制备及光催化性能研究

在不使用表面活性剂的情况下, 采用溶胶-凝胶法成功制备CNTs/TiO₂复合物, 利用XRD、TEM、HRTEM和SAED对样品的结构和形貌进行了表征。选取亚甲基蓝溶液为目标降解物, 利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了CNTs/TiO₂复合物的光催化活性, 系统研究了CNTs掺杂量对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经450℃煅烧, 锐钛矿相TiO₂通过C-O-Ti键均匀地涂覆在CNTs表面, TiO₂颗粒尺寸约16 nm。CNTs/TiO₂复合物光催化活性明显高于纯TiO₂, 当CNTs掺杂量为1wt%时, CNTs/TiO₂复合物对亚甲基蓝的催化降解效率最高, 比纯TiO₂提高11.7%。     

氮氟共掺杂二氧化钛薄膜的制备、表征及杀菌性能

通过溶胶?凝胶法制备了氮氟共掺杂TiO₂(N-F-TiO₂)溶胶, 并利用丝网印刷法在玻璃基底上制备了N-F-TiO₂薄膜, 通过XRD, XPS及漫反射对N-F-TiO₂进行了表征. XRD分析表明制备出的N-F-TiO₂以锐钛矿结晶为主; XPS谱显示 N元素以N-Ti-O成键的形式掺杂在晶体中, F元素以表面吸附和晶格掺杂的形式存在; 紫外?可见漫反射表明与TiO₂相比, N-F-TiO₂的吸收强度明显增强, 光吸收起始位置有明显红移. 利用大肠杆菌做为实验菌种, 采用可见光与365nm紫外光分别作为激发光源, 对其相对存活率及细胞膜损伤程度进行了研究. 结果表明: N-F-TiO₂薄膜具有较高的杀菌效率, 光照60min时紫外光下大肠杆菌相对存活率降低到0, 可见光下为10%; 细胞损伤实验结果表明在紫外光作为光催化激发光源时, 菌悬液中脂质过氧化物(MDA)含量最大值可以达到1.4 nmol/mg干细胞重, 可见光下可以达到0.9 nmol/mg 干细胞重.     

石墨/TiO2复合光催化剂的制备和性能

以石墨和纯的TiO₂为原料,采用球磨工艺制备了石墨/TiO₂复合光催化剂。使用XRD、SEM、TEM、XPS和DRS等手段对其性能进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,研究了石墨掺入量、球磨时间对复合光催化剂光催化活性的影响。结果表明,石墨/TiO₂复合光催化剂具有锐钛矿结构,球磨后TiO₂(101)面的衍射峰宽化并右移,TiO₂成为200 nm左右的不规则球状颗粒,在其表面均匀分布着石墨。TiO₂晶粒的Ti-O键的结合能变高,且表面有缺陷产生,使其在可见光区具有显著的吸收。石墨掺入量为5%、球磨时间为12 h的石墨/TiO₂样品对甲基橙具有优异的光催化降解效果,在70 min的降解时间内甲基橙的降解去除率可达95.08%。石墨/TiO₂复合光催化剂的光催化反应速率常数k为0.043035 min^-1,是纯TiO₂的2.64倍。     

玻璃固载TiO2/纳米纤维素复合薄膜的制备及其光催化性能

将微晶纤维素溶解于NaOH-尿素的低温溶液中形成纤维素溶液, 在水浴中再生形成纳米纤维素溶液。然后将纳米纤维素溶液与TiO₂(P25)混合, 并添加少量的钛酸正丁酯作为交联剂形成复合溶液。将制备得到的复合溶液通过流延法固载到玻璃片表面形成玻璃固载的TiO₂/纳米纤维素复合膜。通过SEM、XRD表征了复合膜的形貌与结构。将玻璃固载的TiO₂/纳米纤维素复合膜在紫外光下进行光催化降解甲基橙(MO)以评估复合膜的光催化性能, 研究了纳米TiO₂含量对复合膜光催化性能的影响, 复合膜的重复使用性能以及光降解的动力学过程。结果表明: 复合膜对MO的光催化降解能力可达90%以上, 与纯TiO₂粉末相当, 并重复使用3次光催化性能基本保持不变。复合膜对甲基橙的降解动力学符合一级动力学特征。当纳米TiO₂相对于纤维素的质量分数为33.3%时, 光催化活性最高, 动力学速率常数为0.035 min^-1。     

铕掺杂的TiO2空心微球的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶法制备未掺杂和铕掺杂的TiO₂空心微球, 采用XRD、SEM、TEM、HRTEM、BET和XPS等技术对样品进行表征, 以亚甲基蓝的光催化降解为目标反应, 评价其光催化活性。结果表明, 钛酸四丁酯(TBOT)的加入量对微球的形貌影响较大, 当滴加1.5 mL的TBOT时, 可得结构清晰、分散性良好的TiO₂空心微球。XRD分析表明, 400℃煅烧的纳米TiO₂空心微球为锐钛矿, 掺铕可抑制TiO₂的晶相转变。光催化实验表明, 铕掺杂能显著提高TiO₂空心微球的活性。当铕掺量为0.7%时, 所得样品粒径和孔径最小, 比表面积最大, 光催化活性最高。     

TiO2/WO3微纳米纤维复合材料的制备及光催化性能

通过溶胶-凝胶和静电纺丝技术相结合的方法, 成功制备不同复合浓度聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/钛酸四正丁酯(Ti(OC₄H₉)₄)/钨酸铵(N₅H₃₇W₆O₂₄·H₂O)前驱体。通过控温煅烧获得不同煅烧温度、不同复合浓度的TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis )技术对样品进行表征。以亚甲基蓝(MB)的光降解为模型反应, 研究TiO₂/WO₃微纳米纤维复合材料在紫外光照射下的光催化活性。结果表明, 煅烧温度500℃时, n(Ti):n(W) = 12:1形成WO₃掺杂的TiO₂微纳米纤维及n(Ti):n(W) = 4:1形成的TiO₂/WO₃复合微纳米纤维的光催化活性均高于纯TiO₂。     

一步火焰辅助热解法制备可见光响应的嵌碳Mn掺杂TiO2微球

通过一步火焰辅助热解法制备不同Mn掺杂量的嵌碳TiO₂微球, 利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外可见漫反射谱(DRS)、X射线能谱(XPS)、拉曼光谱对其进行表征。SEM和XRD结果表明所制备的TiO₂为微球形貌, 且具有锐钛矿晶型, XPS和Raman分析表明Mn掺入TiO₂晶格, 紫外可见漫反射谱显示引入Mn后可增强对可见光的吸收。Mn掺杂嵌碳TiO₂微球在可见光下对亚甲基蓝(MB)具有更强的降解能力。与其他方法相比, 本方法具有简单, 便捷, 对环境友好, 无需热处理的优点, 可用于制备其他金属元素掺杂的样品, 具有较大的应用潜力。     

掺锡TiO2复合薄膜的制备和光催化性能的研究

通过溶胶-凝胶工艺在玻璃表面制备了均匀透明的掺锡锐钛矿型TiO₂光催化复合薄膜,用SEM、XRD、XPS等对薄膜进行了表征。薄膜中除含有Ti,O, Sn等元素外,还存在一定量的来自有机前驱物未完全燃烧的C元素和从玻璃表面扩散到薄膜中的Na和Ca元素。甲基橙水溶液的光催化降解实验表明:掺锡TiO₂复合薄膜的表观降解速率常数明显高于未掺锡TiO₂薄膜的表观降解速率常数,这为进一步提高TiO₂薄膜的光催化活性开辟了新的途径。      

TiO2/静电纺PAN基碳复合材料的制备及光催化性能

为了同时提高催化剂的光催化和回收能力,以聚丙烯腈(PAN)和钛酸四丁酯(TBT)作为碳纳米纤维(CNFs)和TiO₂前驱体,通过静电纺丝和热处理方法制备了TiO₂/CNFs复合材料,并通过SEM、XRD、Raman、UV-vis分光光度计等对TiO₂/CNFs复合材料的形貌、晶体结构、光吸收性能、导电性和光催化性能进行了研究。结果表明:随TBT添加量的逐渐增多,TiO₂/CNFs复合材料在热处理过程中卷曲形态逐渐消失,并且TBT在碳化过程中完全转化为锐钛矿TiO₂;TiO₂/CNFs复合材料光吸收边缘由纯TiO₂的紫外光区扩展至可见光区,提高了催化剂对太阳光的利用率;同时,在模拟太阳光照射180 min,TiO₂/CNFs复合材料对RhB的光催化降解率最大可达到95.71%,并且在连续重复使用5次后光催化降解效率仍可达到约90%。      

石墨烯中N掺杂及其表面官能团对TiO2复合光催化剂性能影响

采用水热法将石墨烯和TiO₂进行复合,制得复合光催化剂。对石墨烯表面官能团总量及N原子掺杂浓度进行调控,通过样品降解污染物的速率常数对其复合光催化剂的光活性进行研究。结果表明,石墨烯材料中进行N掺杂后显著增强了复合光催化剂在长波段的可见光活性,而表面官能团的存在则能促进石墨烯片与TiO₂之间形成的π-d耦合,更好地促进电子在两者界面处的输运。经过优化后的样品在紫外光照射条件下降解甲基橙的速率达到5.82×10^-2 min^-1,是纯TiO₂样品的1.47倍;而在长波长可见光照射条件下(λ>510 nm)降解甲基橙的速率为2.49×10^-2 min^-1。