Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

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%。     

Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂的制备和性能

以玄武岩纤维(BF)为载体,用溶胶凝胶法将Ce-La-Ag共掺TiO₂负载于BF上制备出Ce-La-Ag共掺杂TiO₂/玄武岩纤维复合光催化剂。用光催化降解氨氮废水,研究了烧结温度和废水的pH值对Ce-La-Ag-TiO₂/BF光催化活性的影响。结果表明：Ce-La离子与纳米Ag颗粒的协同作用使TiO₂的禁带宽度由3.2 eV降至2.15 eV。Ce-La-Ag-TiO₂的光催化活性优于纯TiO₂、Ag-TiO₂和Ce-La-TiO₂,负载到BF使其光催化活性进一步提高。当复合光催化剂的烧结温度为600 ℃、氨氮废水的pH值为10.5、模拟可见光的照射时间为360 min时,Ce-La-Ag-TiO₂/BF对氨氮废水重复降解5次的降解率仍高于88.2%。     

PVDF/TiO2@Ag杂化纤维膜的制备及光催化性能研究

采用静电纺丝和光化学沉积法制备聚偏氟乙烯(PVDF)/TiO₂@Ag杂化纤维膜，并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和紫外分光光度计等对复合粉体的微观形貌、晶体结构和光催化性能等进行测试与分析。结果表明：TiO₂的加入能够改变PVDF/TiO₂杂化纤维膜的微观形貌，增加纤维膜的粗糙度。当TiO₂添加量为30%时，PVDF/TiO₂杂化纤维膜的断裂强度和光催化降解能力均达到极大值。PVDF/TiO₂@Ag杂化纤维膜的光催化降解能力随着光化学沉积Ag时间的延长呈现先增后减的趋势。在光化学沉积时间为3min时光催化降解能力最强，且Ag的沉积能实现PVDF/TiO₂@Ag杂化纤维膜在可见光下的光催化降解。     

稀土La掺杂TiO2纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO₂光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO₂光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO₂无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La³⁺改性TiO₂光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La³⁺掺杂改性纳米TiO₂纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO₂纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La³⁺的掺杂提高了TiO₂光催化降解速率,所需要的时间减少了。     

B掺杂TiO2光催化剂的制备和光催化性能

采用溶胶-凝胶法合成了B掺杂的TiO₂光催化剂,并用XRD、SEM、XPS、FT-IR、BET等手段进行了表征。结果表明,掺杂B可抑制TiO₂晶体的长大,对TiO₂表面形貌没有显著的影响,B-TiO₂催化剂的比表面积随着B离子掺杂量的提高而增大;B离子主要进入晶格间隙并与TiO₂晶体形成固溶体,以B-O-Ti结构存在。B掺杂量（质量分数）为3%时,制备出的TiO₂光催化剂对甲基橙的降解效果最好。N₂吸附-脱附结果表明,3%B-TiO₂的BET比面积为127.84 m²/g、平均孔径为10.53 nm。     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

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。     

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。     

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。     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

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。     

g-C3N4/Ag/TiO2 NTs的制备及其对西维因的光催化降解

采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管(TiO₂ NTs),然后在紫外光和微波辅助下引入Ag、g-C₃N₄制备出g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs三元复合光催化材料。用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、光致发光(PL)等手段对g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs进行表征,研究了这种材料对西维因的降解性能。结果表明,在模拟太阳光照射下,g-C₃N₄/Ag/TiO₂ NTs对西维因的降解率由TiO₂ NTs的29.1%提高到51.8%。光催化活性的提高,与Ag表面等离子体共振效应、Ag优异的电荷传导性以及g-C₃N₄与TiO₂ NTs界面的异质结有关。     

Fe、N共掺杂改性TiO2/AC复合光催化剂的制备及气相污染物降解性能

采用Sol-gel法制备了Fe、N离子共掺杂改性TiO₂/AC复合光催化剂,利用SEM、XRD、UV-Vis分光光度计对其结构及性能进行了表征。通过对气相甲苯、丙酮和甲醛的光催化降解实验,系统评价了离子掺杂量、抑制剂种类、TiO₂负载量、污染物起始浓度、污染物种类和催化剂循环使用次数对其性能的影响。结果表明,TiO₂以颗粒状镶嵌在AC孔隙内,且主要以锐钛矿相存在,Fe、N离子共掺杂实现了催化剂的可见光响应;确定最佳催化剂制备工艺为Fe、N离子共掺杂量8%、HAc为抑制剂、TiO₂负载量20%。催化剂对甲苯的降解率随起始浓度的增加而增加;催化剂对甲苯和丙酮的降解率较高（约为90%）,对甲醛的降解率较低（约为35%）;循环使用6次后,对甲苯的降解率仍高于P-25（商业纳米TiO₂）。     

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。     

TiO2-g-C3N4复合材料的制备及其在水泥石表面的应用

以Ti(SO₄)₂和尿素为原料,采用均匀沉淀法及不同煅烧温度制备了TiO₂-g-C₃N₄复合材料。利用XRD和SEM对g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄复合材料的结构及形貌进行了表征,并以模拟太阳光为光源,甲基橙为目标降解物,对其光催化活性进行了研究。将高催化性能的TiO₂-g-C₃N₄复合材料与水泥石表面结合制备了具有光催化性能的水泥石。结果表明:在300℃和400℃条件下煅烧制备的TiO₂-g-C₃N₄复合材料具有牢固异质结,而在500℃条件下煅烧产生N掺杂的TiO₂。其中400℃条件下煅烧所得TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化性能最好,模拟太阳光光照60 min降解率达到91%。通过拟合计算,发现400℃条件下TiO₂-g-C₃N₄复合材料的光催化速率最快。与400℃ TiO₂-g-C₃N₄复合材料结合的水泥石也具有较好的光催化降解性能,模拟太阳光光照240 min降解率可达到90%以上,TiO₂-g-C₃N₄复合材料在400°C可以降低水泥石的初凝终凝时间,并提高其抗压强度。      

CdS、Ag+掺杂改性纳米TiO2光催化降解有机物研究

在理论分析的基础上对纳米TiO₂分别进行掺CdS和掺银改性实验研究。采用XRD和粒度分析技术对改性后的样品进行表征,并以掺杂CdS、Ag⁺纳米TiO₂进行光催化降解甲基橙模拟实验。结果表明,掺杂CdS、Ag⁺纳米TiO₂在可见光范围内降解有机物的效率有较大提高。     

g-C3N4量子点-TiO2/导电凹凸棒石复合材料的制备及其光催化性能

通过水热法在导电凹凸棒石(C-ATP)表面原位生长TiO₂纳米棒制得毛虫状结构的TiO₂/C-ATP复合材料，然后以TiO₂/C-ATP为载体，在TiO₂纳米棒表面进一步复合g-C₃N₄量子点(CNQD)成功制备了多级结构的CNQD-TiO₂/C-ATP异质结光催化材料。利用XRD、FTIR、SEM/TEM、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis-DRS)、荧光发射光谱(PL)、BET比表面积分析仪和光电化学等技术对样品进行表征。在可见光照射下，考察了样品对盐酸四环素(TC)的光催化降解能力。结果表明:与TiO₂/C-ATP和CNQD相比，CNQD-TiO₂/C-ATP大幅提高了可见光响应、吸收能力和光生电子-空穴对的分离效率。当光照时间为120 min时，CNQD-TiO₂/C-ATP对TC去除率可达88%。      

TiO2-g-C3N4-Bi2O3复合异质结构催化材料在水处理中的应用

异质结光催化材料在降解有毒有害污染物方面体现出优良的效果。以苯酚有机废水作为研究对象,球磨法所制备的TiO₂-g-C₃N₄和TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃两种光催化材料作为实验材料,探究不同光源条件下TiO₂-g-C₃N₄、TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的光催化特性及其对苯酚废水处理效果。结果表明,在可见光和紫外光单独照射条件下,三元体系的TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃均比TiO₂-g-C₃N₄具有更高的光催化活性,并且可见光条件下,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃比TiO₂-g-C₃N₄的优势更明显;在可见光和紫外光同时照射时,TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃、TiO₂-g-C₃N₄对苯酚废水的降解效率分别达到99.44%、96.67%。表征结果表明,Bi₂O₃的掺杂有效地增强了催化剂在全光谱范围内对光的吸收,并且三元体系的构建有效地促进了光生电子与空穴的分离。研究结果表明,通过简单可控的球磨-微波加热-煅烧工艺,可以实现TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃的制备,并且证实了TiO₂-g-C₃N₄-Bi₂O₃材料在有机废水处理方面的良好前景。      

介孔电气石/TiO2复合材料的制备及其模拟太阳光光催化性能

采用一步溶胶-凝胶共缩合结合溶剂热合成技术制备出一系列介孔电气石/TiO₂复合材料,表征了复合材料的相结构、形貌、孔隙率、光吸收性质以及组成结构.结果表明:制备的电气石/TiO₂复合材料具有纯锐钛矿晶相、均匀的介孔结构、较大的比表面积(205~242 m²·g^-1)、均匀的孔径分布(3.4~3.8 nm)以及较低的带隙能(3.0 eV).在模拟太阳光照射下,电气石/TiO₂复合材料可以被成功地应用于水中有机污染物罗丹明B和诺氟沙星的降解.降解动力学研究表明:电气石的掺杂提高了TiO₂的光催化量子效率,降低了TiO₂的带隙能.对罗丹明B的降解,电气石掺杂量为1wt%~5wt%的电气石/TiO₂复合材料表现出比纯TiO₂更高的降解速率,对诺氟沙星的降解,电气石/TiO₂复合材料的降解速率高于纯TiO₂的.