金属离子掺杂对离子液辅助制备纳米TiO_2性能的影响

以过渡金属(Cr、Fe、Ni和Zn)掺杂为手段,以溶胶凝胶为制备方法,以离子液2—羟基咪唑甲酸盐为微观结构调控试剂,制备了TiO_2纳米粒子。将样品备好后,在500℃的条件下进行煅烧处理,用BET、XRD、DRS等手段进行结构表征,以酸性蓝92为模拟污染物对其光催化性能进行测定。研究结果表明,经过渡金属掺杂后的TiO_2纳米颗粒比纯TiO_2具有更高的比表面积和更小的粒径尺寸。过渡金属的掺杂使TiO_2的吸收光谱向可见光的方向移动。在紫外灯照射下,水溶液中酸性蓝92的光降解结果为:过渡金属离子的存在使TiO_2纳米颗粒的光催化活性得到了明显增强。     

Ru负载TiO_2纳米管阵列的制备及其光电催化性能

结合阳极氧化法和脉冲沉积法合成了管径约40～70 nm、管壁厚约10 nm、管长约1μm、管壁上附着Ru纳米颗粒的TiO_2纳米管光催化剂(Ru/TiO_2),实现了金属Ru纳米颗粒在TiO_2纳米管表面的均匀负载。研究了RuCl_3浓度和煅烧温度对TiO_2纳米管的微观结构、光吸收特性及光催化活性的影响。结果表明:Ru的负载使Ru/TiO_2纳米管的光学带隙值有所减小,光响应阈值发生红移;锐钛矿相TiO_2与少量金红石相TiO_2可形成异质结,纳米Ru可俘获光生电子,两者都可促进光生电子-空穴对的分离,从而提升降解效率;另外,外加偏压也可促进光生电子-空穴对的分离,从而进一步提升降解效率。当脉冲沉积液中RuCl_3浓度为0. 05 mol·L~(-1),经600℃煅烧后的Ru/TiO_2纳米管阵列的光催化活性最好,对甲基橙降解1 h,紫外光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的38. 6%和48. 5%提升至52. 0%和70. 5%,可见光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的7. 1%和17. 2%提升至36. 3%和75. 2%。     

稀土Ce改性TiO_2的制备及光催化降解苯甲羟肟酸的研究

通过溶胶-凝胶法制备Ce改性TiO_2(Ce/TiO_2)复合材料,并以选矿废水中残余的浮选捕收剂苯甲羟肟酸为对象来考察Ce/TiO_2的光催化降解活性;通过多种分析检测手段(X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)等)对所合成催化剂的结构、形貌、光吸收等物理化学性能进行一系列表征。表征结果表明:相较于纯TiO_2,Ce的掺杂可以有效抑制TiO_2晶粒的生长,增大改性后Ce/TiO_2的比表面积,从而提高其光催化活性;当掺杂量为0.20%时,其结晶度好、颗粒较均匀、具有较强的光吸收性能。苯甲羟肟酸的降解试验结果表明:当Ce的掺杂比为0.20%、煅烧温度为500℃,光催化活性最强,120 min后,苯甲羟肟酸降解率达90.98%(0.3 g·L-1的Ce/TiO_2),矿化率达82.8%。此外,Ce/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Ce/TiO_2是一种有效稳定的光催化剂。     

N掺杂二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究

采用阳极氧化法在纯钛表面制备了二氧化钛纳米管,并在热处理的过程中提供氨气氛进行掺N。场发射扫描电镜(FESEM)观察结果表明,制得的纳米管管径为70～80 nm,壁厚为5～10 nm;XRD分析结果表明,400℃热处理的未掺杂二氧化钛为纯锐钛矿相,400℃热处理掺杂后的二氧化钛为锐钛矿和金红石混相。以甲基橙为参考污染物,采用分光光度计研究了未掺杂和N掺杂二氧化钛纳米管对污染物的光催化性能。结果显示N掺杂的二氧化钛纳米管的光催化性能比未掺杂的提高了11.1%,光催化效果差异是N掺杂引起的。     

均匀共沉淀法合成纳米Gd_2O_3:Eu粉体及其发光特性

以六次甲基网胺(hexamethylenetetramine,(CH2)6N4,HMT)为沉淀剂,在GdCl3和EuCl3混合溶液中,利用均匀共沉淀法制得了纳米颗粒.结果表明,获得的Gd2O3:Eu纳米颗粒近似为球形,尺寸均匀,平均粒径为100 nm,且每个球形颗粒由平均粒径为20 nm的微晶聚并而成.Gd2O3:Eu荧光粉在波长612 nm的红光发射来自Eu3+的5D0-7F2电偶极跃迁,发光强度随煅烧温度提高而增强,随Eu3+掺杂摩尔分数的提高而增强.Eu3+掺杂摩尔分数超过7%时,发生浓度淬灭,发光强度减弱.     

Sb掺杂金红石型TiO_2微球水热合成与气敏性能研究

采用水热法制备了不同Sb掺杂量的TiO_2微球,并用XRD和FE-SEM对样品进行表征。XRD结果表明,未掺杂和Sb掺杂样品均为纯金红石相;FE-SEM表明纯TiO_2微球和Sb掺杂TiO_2微球分别以纳米颗粒、纳米棒为组成单元。气敏测试结果表明,Sb掺杂使金红石TiO_2气敏元件的最佳工作温度由掺杂前的350℃降低至掺杂后的200℃,其中Sb掺杂量为7.5%的TiO_2气敏元件的灵敏度最高,在200℃下对100×10-6C2H5OH的灵敏度为11.82,响应时间为28 s,恢复时间为6 s,检测下限可达到10×10-6。     

可见光下掺N附Ag纳米TiO_2的光催化降解甲基橙

采用溶胶–凝胶法制备纯TiO_2和掺氮TiO_2纳米颗粒(N-TiO_2),然后通过光催化还原在其表面附Ag,得到表面附Ag的纳米TiO_2(即Ag/TiO_2)和掺N附Ag纳米TiO_2(即Ag/N-TiO_2),利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、光致发光光谱仪(photoluminescence spectroscopy,PL)、X射线光电子能谱(XPS)以及紫外可见漫反射光谱分析(UV-VIS DRS)对TiO_2及其掺杂改性后的组成和结构、光吸收性能以及可见光下对甲基橙溶液的光催化活性等进行表征。结果表明,所有样品均为锐钛矿型,Ag/TiO_2的平均晶粒度为20.4 nm;N以替代型N-Ti-O、间隙型Ti-O-N(或氧化态Ti-O-N-O)的形式存在于晶格中,银以Ag0形式附着在TiO_2表面;N掺杂抑制TiO_2晶粒的生长,并抑制光生电子与空穴的复合,从而促进TiO_2对可见光的吸收;表面附Ag对TiO_2晶格没有明显影响,但在450~580 nm可见光区产生强烈的表面等离子吸收带并延长至近红外区。TiO_2及其掺杂改性后对甲基橙的光催化效果为Ag/N-TiO_2Ag/TiO_2N-TiO_2TiO_2(或Degussa P25),Ag/N-TiO_2在可见光下对甲基橙(p H=3)进行光催化降解,150 min时降解率达到95%。     

氮掺杂二氧化钛纳米管的制备及表征

采用阳极氧化法在纯钛表面制备了二氧化钛纳米管阵列薄膜,在热处理的过程中利用浓氨水的挥发提供氨气氛进行掺N.采用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射物相分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis)对样品进行了表征.结果表明,制得的二氧化钛纳米管管径为70～80nm,壁厚为5～10 nm,管长为400～500nm;N元素成功进入晶格,含量为0.68%;400℃热处理的未掺杂、N掺杂二氧化钛分别为纯锐钛矿相、锐钛矿和金红石混相.相比未掺杂的二氧化钛纳米管,N掺杂的二氧化钛纳米管在可见光区表现出更强的吸收.以甲基橙为模拟污染物,采用分光光度计研究了N掺杂、甲基橙初始浓度、pH值对光催化性能的影响.结果显示,甲基橙的光降解过程符合一级动力学过程,经过150 min的光催化实验,N的掺杂使二氧化钛纳米管的光催化性能提高了11.1%,甲基橙的最佳初始浓度为20 mg·L(-1),最佳pH值为1.     

镍掺杂TiO2纳米管的制备及光催化性能研究

通过前驱体水热法成功制备出不同镍掺杂比例的二氧化钛纳米管粉体,利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等对其进行检测表征.制备出的镍掺杂二氧化钛纳米管具备相对分离和独立的管状形貌,管径约10 nm,其对应的EDS谱图中出现了镍的特征峰.经50...     

氧化镁稳定氧化锆纳米粉末的制备与物相分析

以草酸为络合剂,采用溶胶–凝胶法制备一系列氧化镁稳定氧化锆粉末Zr1 xMgxO2 x(0.04≤x≤0.10),利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等分析技术对粉末进行表征。结果表明,掺杂氧化镁后,低温350~450℃煅烧产物晶型为四方相(t-ZrO2),随煅烧温度升高,t-ZrO2逐渐向m-ZrO2转变。在550℃下煅烧时,少部分四方相转变为单斜相(m-ZrO2),转变比例随掺杂量增加而降低。Mg2+取代Zr4+产生氧缺陷是ZrO2晶体结构稳定的主要因素。随煅烧温度从350℃升高到650℃,Zr0.92Mg0.08O1.92粉末中t-ZrO2晶粒尺寸从42 nm长大到100nm;随Mg掺杂量从0.04增加到0.10,t-ZrO2晶粒尺寸从110 nm减小到97.8 nm,而纳米尺寸晶粒有利于t-ZrO2稳定。     

气相爆轰合成纳米TiO_2粉末的实验研究

以H_2/Air预混气体为爆炸源,在自制爆炸反应管中通过气相爆轰制备纳米TiO_2粉末。探讨了不同初始条件(初始温度25~200℃;H_2/Air混合比0.2~0.8)下管内爆轰压力的变化规律,同时借助XRD和TEM对不同初始温度下爆轰合成及高温煅烧的纳米TiO_2粉末的晶粒尺寸、晶相成分、形貌特征等进行表征。结果表明:以化学当量比预混的H_2/Air为爆炸源时,管末端的爆压最大;随着H_2含量的增加,管末端的爆压最终提高了39.03%,且增长速率先增后减;初始温度的上升使管末端的爆压最终降低了36.86%。气相爆轰合成的纳米TiO_2粉末(锐钛矿和金红石混晶),其晶粒尺寸随初始温度的升高先增后减,且其锐钛矿相含量逐渐减少;爆轰产物在高温煅烧过程中,锐钛矿相向金红石相转变的相变温度在700~900℃左右,且产物晶粒尺寸随煅烧温度的上升而逐渐增加。     

沉淀法制备掺锆氧化锌纳米粉末的形貌与光学性能

采用直接沉淀法制备未掺杂和掺杂Zr元素的ZnO纳米粉末,通过X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及紫外可见光谱(UV-Vis)分析、光学性能测试等,研究Zr掺杂量(0~5%,摩尔分数)与溶液pH值(6.5~13.0)对粉末粒度、形貌与结构及光学性能的影响。结果表明:Zr掺杂使ZnO粉末粒径减小。Zr掺杂量为1%的粉末粒径最小,晶粒尺寸为28 nm,Zr完全进入ZnO晶格中;当Zr掺杂量增加到3%和5%时,粉末粒径增大,并出现ZrO2相。反应溶液的pH值为6.5时,Zr-ZnO纳米粉末形貌为类球形。随pH值增大,Zr-ZnO粉末形貌逐渐向短棒状转变,粉末粒径先减小然后增大。随Zr掺杂量从0增加到5%,ZnO的光吸收峰先出现"蓝移"后出现"红移",表明Zr掺杂可提高ZnO粉末的禁带宽度,随Zr含量增加,粉末的禁带宽度先增大后减小,1%Zr-ZnO的禁带宽度最大。     

氮掺杂纳米TiO_2的制备及其光催化活性

以尿素为氮源,钛酸正丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备氮掺杂纳米TiO_2。通过红外光谱(FT-IR)、X-射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱和扫描电镜(SEM)等测试手段对材料的结构和形貌进行表征;以甲基橙模拟有机污染物,研究样品的光催化活性。结果表明,氮掺杂纳米TiO_2为锐钛矿型结构,尺寸均匀,分散性好,对甲基橙染料具有极好的光催化活性,降解率达到97%左右。     

ZnO@TiO_2纳米带表面异质结构的制备及表征

采用水热法和后继热处理法制备二氧化钛(TiO_2)纳米带, 然后通过液相合成法在纳米带表面组装了氧化锌(ZnO)纳米结构, 制备了ZnO@TiO_2纳米带表面异质结构. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对异质结构进行了表征. 所制得的产物是TiO_2的纳米带表面组装了ZnO纳米花: TiO_2纳米带的宽度为50～200 nm, 长度达到几十微米, 而ZnO异质结呈花状, 长为500 nm的骨苞上长有200 nm左右的花瓣. 本文还讨论了ZnO@TiO_2表面异质结构的形成机制.     

水热微乳液法制Eu3+激活CaWO4纳米发光材料

采用水热微乳液法成功制备了CaWO4:Eu3+纳米粒子,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、荧光光谱(FS)、磷光光谱(PL)和余辉衰减曲线对样品进行了表征.研究了Eu3+掺杂浓度、煅烧时间、煅烧温度对材料发光性质及形貌的影响.结果表明,在低温下即可煅烧出具有一定余辉的CaWO4∶Eu3+纳米材料,其粒度均匀、结晶完好,呈球形,适宜的煅烧条件为600℃/2h,Eu3+的掺加量在0.1%(摩尔分数)时,纳米粒子的发光强度最强,余辉衰减时间也最长.     

低量Y3+掺杂对TiO2光催化活性的影响

利用溶胶-凝胶法在煅烧温度600 ℃制备了不同Y3 掺杂量的纳米TiO2粉体,并用XRD技术对样品进行了表征.研究了Y3 掺杂量对样品相结构、晶粒尺寸和光催化降解亚甲基蓝的活性的影响,利用相结构与纳米TiO2光催化活性关系探讨了Y3 掺杂对纳米TiO2的光催化活性.结果表明,适量掺杂Y3 可以提高其光催化活性.当Y3 掺杂量为0.04%, 纳米TiO2粉体的光催化活性最佳,降解率为94.6%,其金红石相含量为9.8%,平均粒径为12 nm,Y3 掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸这两方面均有利于提高光催化活性.     

溶胶凝胶法制备掺杂纳米TiO2粉末及其光催化性能

采用溶胶–凝胶法制备掺锌纳米TiO2粉末、掺氮纳米TiO2粉末以及锌氮共掺纳米TiO2粉末(掺杂量均为1%)。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、透射电镜(TEM)、傅立叶红外光谱测试仪及紫外可见–分光光度计等分析粉末的物相、形貌、光学性能及光催化性能。结果表明:在纳米TiO2粉末中掺锌或氮,既不会改变粉末的晶体结构,也不会产生新相。与纯TiO2粉末相比,掺锌或掺氮后粉末光催化性能更好。但同时掺入锌和氮,反而会降低TiO2粉末的光催化性。在热处理温度为500℃条件下制备的掺氮TiO2粉末光催化活性最高。     

La/TiO_2制备及其光催化降解浮选药剂酯-105的研究

采用溶胶-凝胶法制备稀土元素La掺杂TiO_2(La/TiO_2)纳米光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和低温N2物理吸附测试手段对其进行表征,并以浮选捕收剂酯-105为处理对象考察了溶液初始p H值、La掺杂比、煅烧温度、光照强度、催化剂用量以及催化剂重复利用对催化剂活性的影响。表征结果表明,La的掺杂能够抑制TiO_2的晶粒生长,增大其比表面积,扩大其对可见光的响应,从而提高其光催化活性;煅烧温度过高会因TiO_2发生烧结团聚而使其粒径增大、比表面积减小,从而影响其光催化活性。酯-105降解试验结果表明,初始p H为6.30(原溶液)、La掺杂比为0.50%、煅烧温度为450℃、光照为汞灯300 W、催化剂用量为0.3 g·L-1时,光催化活性最强,70 min后,酯-105降解率达99.59%;经验证,该催化剂重复使用4次后,酯-105降解率仍在99%以上,为La/TiO_2的工程实践应用提供了可能。     

掺杂镧纳米TiO2的制备和结构表征

本文以钛酸四丁酯、无水乙醇、冰醋酸、硝酸镧和水为原料,通过控制原料配比、反应温度、陈化温度、焙烧温度和焙烧时间,采用溶胶-凝胶法制备了纯的纳米TiO2和四种不同镧掺杂量的TiO2纳米粉体。确定的工艺参数为:原料按照体积比为V水∶V钛酸丁酯∶V无水乙醇∶V冰醋酸=17∶17∶80∶15,凝胶干燥温度选择80℃,粉体焙烧温度为500℃。对所得产物分别采用FT-IR和粉末XRD法进行了表征,FT-IR分析结果表明,掺杂La3+后TiO2的红外吸收峰的位置基本没有发生变化,但部分吸收峰明显宽化,表明掺杂镧引起基团间作用力的改变,使基团的存在环境和键的强弱发生变化,从而导致了红外吸收峰宽化。XRD测试得出所制备的纯TiO2和四种不同镧掺杂量的TiO2粉体的结构均为锐钛矿型TiO2,且随着La掺杂量的增加,TiO2的粒径越来越小,从未掺杂时的26 nm减小到掺杂1%镧时的8 nm,说明镧的掺杂有细化晶粒的作用。     

Ag^＋掺杂TiO2纳米粉体制备及光催化性能研究

以钛酸四丁酯为原料,利用溶胶凝胶法制备Ag 掺杂TiO2纳米粉体,采用正交实验考察了掺杂量、浓硝酸、冰醋酸、煅烧温度等因素对其制备的影响,从而确定制备工艺最佳条件.通过XRD、TEM、TG-DSC等测试技术对掺杂纳米TiO2粉体进行表征.最佳工艺条件为:掺Ag 量0.5 %(摩尔分数),冰醋酸1mL,浓硝酸0.2mL,煅烧温度450℃,制得颗粒粒径为12.16nm.以甲基橙为降解物,通过自制光催化反应装置,研究了光催化剂的活性,结果表明:Ag 掺杂制备的TiO2纳米粉体具有较高的光催化活性,试验条件下Ag 掺杂TiO2纳米粉体最高降解率为79.38%.