Tuning Oxygen Vacancies in Ultrathin TiO2 Nanosheets to Boost Photocatalytic Nitrogen Fixation up to 700 nm

Dinitrogen reduction to ammonia using transition metal catalysts is central to both the chemical industry and the Earth's nitrogen cycle. In the Haber–Bosch process, a metallic iron catalyst and high temperatures (400 °C) and pressures (200 atm) are necessary to activate and cleave N?N bonds, motivating the search for alternative catalysts that can transform N₂ to NH₃ under far milder reaction conditions. Here, the successful hydrothermal synthesis of ultrathin TiO₂ nanosheets with an abundance of oxygen vacancies and intrinsic compressive strain, achieved through a facile copper‐doping strategy, is reported. These defect‐rich ultrathin anatase nanosheets exhibit remarkable and stable performance for photocatalytic reduction of N₂ to NH₃ in water, exhibiting photoactivity up to 700 nm. The oxygen vacancies and strain effect allow strong chemisorption and activation of molecular N₂ and water, resulting in unusually high rates of NH₃ evolution under visible‐light irradiation. Therefore, this study offers a promising and sustainable route for the fixation of atmospheric N₂ using solar energy.     

N掺杂对TiO2结构及可见光光催化性能影响的研究

采用溶胶-凝胶法,在钛酸丁酯水解过程中加入一定量的尿素,制备了不同N掺杂量的光催化剂TiO2-xNx.以亚甲基蓝溶液为降解对象,研究催化剂在可见光区的催化性能;利用XRD、XPS、SEM、UV-Vis对催化剂的结构、形貌和光催化性能进行了表征.实验结果表明,掺杂的N以O-Ti-N的形式存在于TiO2结构中,N元素抑制了锐钛矿相向金红石相的转变和晶粒的长大;样品中形成了新的能级结构,提高了TiO2在可见光下的光量子效率和光催化能力.掺杂量为3.84%(质量分数)的TiO2-xNx在可见光区的响应能力最高,吸收波长延伸至520nm,其光催化活性最大,1.5h降解率达到55.54%.     

TiO2／海泡石催化剂的光催化降解性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用水解．沉淀法制备纳米TiO2,再将其负载于海泡石上制得TiO2/海泡石催化剂,用X射线衍射和扫描电子显微镜对载体催化剂的形貌及晶型进行了分析．以紫外光为光源,在水溶液中以环境激素邻苯二甲酸二乙酯（DEP）为降解底物进行光催化性能的研究．结果表明：催化剂的用量和TiO2的负载量对光催化降解速率都有影响．其中TiO2/海泡石催化剂的用量起主要作用,更能影响其光催化速度及DEP的降解．当催化剂用量为4g/L、TiO2负载量为30％时,TiO2/海泡石催化剂的催化效果较好．     

石墨烯/TiO2纳米复合材料在光催化领域的研究进展

近年来,石墨烯以其独特的结构和优异的性能成为材料科学领域备受关注的研究前沿和热点。由于石墨烯具有超高的载流子迁移率以及超大的比表面积,将石墨烯与传统的光催化材料复合可显著提高复合材料的光催化性能。综述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的研究进展,重点阐述了石墨烯/TiO2纳米复合材料的制备方法及其在光催化领域中的应用,并指出石墨烯/TiO2纳米复合材料的光催化机理是今后研究的重点方向。     

基于介孔TiO2/石墨烯修饰的TiO2纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池

本工作制作了基于介孔TiO₂/石墨烯修饰的TiO₂纳米线光阳极的染料敏化太阳能电池,并进行表征。光阳极结合了介孔TiO₂的高染料吸附率,TiO₂纳米线的高载流子传导率和石墨烯的高电子收获能力等优点,使器件光电转换效率有了很大的提高。制作出的染料敏化太阳能电池光电转换效率高达7.58%,比纯纳米线制作的电池约提高了1.5倍,在拥有相似一维结构的染料敏化太阳能电池中具有较大优势。     

溶胶-凝胶法制备TiO2粉体及其光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱物,无水乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2粉体,并采用紫外分光光度计、XRD等表征手段对TiO2的粒度、晶型结构进行了表征,分析了煅烧温度、TiO2晶型比例、溶液初始pH值等因素对TiO2结构性能及光催化活性的影响.结果表明:TiO2的锐钛矿晶型与金红石晶型的转相温度为700 ℃左右;采用溶胶-凝胶法制备TiO2时,控制溶液的pH值为4,煅烧温度为600 ℃,所得产物晶型全部为锐钛矿;当无水乙醇与钛酸丁酯的体积比为10:1时,产物的粒径为617 nm;且当配制溶液pH值为4,煅烧温度为600℃条件下,煅烧时间为40~60 min时,所制备TiO2的光催化效果较好,降解率较高;当光催化体系的pH值为9、以质量浓度为10 mg/L的亚甲基兰溶液浸泡2 h,TiO2的用量为0.25 g/L时,产物的降解率高达95.3%.     

TiO2@SiO2复合材料的制备及其光催化与抗菌性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备载体SiO₂, 并通过水解法制备出负载型TiO₂@SiO₂复合光催化抗菌材料, 采用SEM、XRD、BET、FT-IR、XPS和粒度仪对材料进行表征和分析。在UVA紫外光照下, 通过降解甲基橙溶液考察了复合材料的光催化性能, 在照射3 h后, 不同钛掺杂量复合材料的光催化降解率均能达到99.9%, 钛掺比为0.58时催化效率最高。通过平板涂布法检测了复合材料对大肠杆菌的抗菌效果, 发现抗菌性能随着钛含量的增加而提高, 在紫外照射条件下最高可达92%以上, 同时在可见光照射下也能表现出良好的抗菌性能。通过细菌荧光检测, 可以有效证明复合材料所产生的活性氧迁移到了细胞内部, 造成细胞体氧化损伤, 这是光催化材料抗菌机理研究的重要依据。     

Enhanced Photocatalytic Property of Reduced Graphene Oxide/TiO2 Nanobelt Surface Heterostructures Constructed by an In Situ Photochemical Reduction Method

A facile method is proposed to assemble graphene oxide (GO) on the surface of a TiO₂ nanobelt followed by an in situ photocatalytic reduction to form reduced graphene oxide (rGO)/TiO₂ nanobelt surface heterostructures. The special colloidal properties of GO and TiO₂ nanobelt are exploited as well as the photocatalytic properties of TiO₂. Using water–ethanol solvent mixtures, GO nanosheets are tightly wrapped around the surface of the TiO₂ nanobelts through an aggregation process and are then reduced in situ under UV‐light irradiation to form rGO/TiO₂ nanobelt surface heterostructures. The heterostructures enhance the separation of the photoinduced carriers, which results in a higher photocurrent due to the special electronic characteristics of rGO. Compared to TiO₂ nanobelts, the rGO/TiO₂ nanobelt surface heterostructures possess higher photocatalytic activity for the degradation of methyl orange and for the production of hydrogen from water, as well as excellent recyclability, with no loss of activity over five cycles.     

炭表面改性对负载型TiO_2/活性炭复合光催化剂性能的影响

采用HNO3、H2O2和O3对商品活性炭进行表面改性处理,考察了改性处理对活性炭表面基团、负载TiO2以及所形成的TiO2/活性炭复合光催化剂性能的影响。利用傅里叶红外光谱(IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)及氮气吸附等手段对材料进行了表征。结果表明,3种改性方法均可有效提高活性炭载体表面的含氧官能团数量,但是对活性炭的比表面积和孔容影响不大;H2O2和O3对活性炭载体改性后可以提高对钛前驱体的吸附性能,HNO3改性有利于TiO2颗粒在活性炭表面的分散。使用改性后的活性炭作为载体制备的TiO2/活性炭光催化降解甲基橙的性能均高于未改性的TiO2/活性炭催化剂,其中以HNO3改性后的TiO2/活性炭活性最高。     

P(MMA-AN)/TiO2复合粒子的制备及光催化性能

采用原位乳液聚合方法制备了基于共价键结合的P(MMA-AN)/TiO2复合粒子,红外光谱和热失重分析结果表明P(MMA-AN)在TiO2表面接枝率为15.9%。以甲基橙溶液为目标污染物,研究了P(MMA-AN)/TiO2复合粒子和TiO2对甲基橙的吸附和光催化降解甲基橙溶液的性能,结果表明:两种粒子对甲基橙的吸附都很少;在相同时间内,P(MMA-AN)/TiO2复合粒子对甲基橙溶液的降解性能优于TiO2,紫外光照180 min后,P(MMA-AN)/TiO2复合粒子对甲基橙溶液的降解率达到了88%,而TiO2仅为74%。     

Composite of Carboxyl-Modified Multi-walled Carbon Nanotubes and TiO2 Nanoparticles: Preparation and Photocatalytic Activity

The composite of carboxyl-modified multi-walled carbon nanotubes (MWNT-COOHs) and TiO₂ nanoparticles was prepared by improved solvothermal process. X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM) and UV-Vis spectra were used to characterize the products. The results show that MWNT-COOHs were “welded” by the TiO₂ nanoparticles attached to the open ends of MWNT-COOHs. Compared with pure TiO₂ nanoparticles, the composite displays higher photocatalytic activity with 99.9% of degradation ratio of copper sulfophthalocyanine after 3 h irradiation.     

聚乙烯亚胺改性TiO2及光催化性能研究

纳米TiO2经3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性后,再通过聚乙烯亚胺(PEI)单体在APTES-TiO2表面进行原位化学氧化接枝聚合,制备了基于共价键结合的PEI/APTES-TiO2纳米复合光催化材料。以甲基橙(MO)为目标降解物,研究了所制备复合材料在紫外光下和太阳光作用下的光催化性能。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等对所制备的复合材料进行了表征。结果表明,TiO2经过有机改性后复合材料在紫外光和太阳光下都出现了较强的吸收,光能的利用率和光生载流子的分离效率得到提高,复合材料表现出较高的光催化活性。     

阳极氧化疏松钛膜制备高光催化活性的透明TiO_2纳米多孔涂层

采用磁控溅射法在玻璃基底上制备出一层特殊结构的Ti膜,该钛膜经过电化学阳极氧化和退火工艺处理,可直接在玻璃基底表面形成一层具有高光催化活性的透明TiO_2纳米多孔涂层(简称TNP涂层)。利用XRD和SEM对TNP涂层的结构和形貌特征进行了表征。利用紫外可见分光光度计、接触角测试仪以及划痕测试仪对该涂层的透光率、浸润性、结合力进行了测试。最后,通过降解亚甲基蓝溶液对该涂层的光催化活性进行了评价。结果表明:制备的TNP涂层具有疏松多孔结构,退火后可形成锐钛矿相,透光率在可见光范围内达到80%以上,表面具有超亲水性(接触角6°),与玻璃基底间的结合力为2.9N;2h内对浓度为1×10-5 mol/L的亚甲基蓝溶液降解率可达到94%,光催化反应速率常数为1.47h-1。     

Enhanced Photocatalytic Performances of CeO2/TiO2 Nanobelt Heterostructures

CeO₂/TiO₂ nanobelt heterostructures are synthesized via a cost‐effective hydrothermal method. The as‐prepared nanocomposites consist of CeO₂ nanoparticles assembled on the rough surface of TiO₂ nanobelts. In comparison with P25 TiO₂ colloids, surface‐coarsened TiO₂ nanobelts, and CeO₂ nanoparticles, the CeO₂/TiO₂ nanobelt heterostructures exhibit a markedly enhanced photocatalytic activity in the degradation of organic pollutants such as methyl orange (MO) under either UV or visible light irradiation. The enhanced photocatalytic performance is attributed to a novel capture–photodegradation–release mechanism. During the photocatalytic process, MO molecules are captured by CeO₂ nanoparticles, degraded by photogenerated free radicals, and then released to the solution. With its high degradation efficiency, broad active light wavelength, and good stability, the CeO₂/TiO₂ nanobelt heterostructures represent a new effective photocatalyst that is low‐cost, recyclable, and will have wide application in photodegradation of various organic pollutants. The new capture–photodegradation–release mechanism for improved photocatalysis properties is of importance in the rational design and synthesis of new photocatalysts.     

不同形貌纳米TiO2对甲基橙的光催化活性

分别以钛酸正丁酯和四氯化钛为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备不同形貌的纳米TiO2.利用十二烷基苯磺酸钠(DBS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、羟丙基甲基纤维素(HPMCS) 控制纳米TiO2形貌,考察了纳米TiO2对甲基橙的光催化活性.XRD分析表明焙烧温度500℃时所得纳米TiO2为锐钛型晶相.UV-vis分析表明加表面活性剂时所制备纳米TiO2吸收发生红移,带隙能下降.不同形貌纳米TiO2具有不同的光催化活性,加SDS时所得立方形纳米TiO2的光催化活性高于其它样品.焙烧温度600℃时纳米TiO2对甲基橙的光催化活性最强.     

N掺杂TiO2材料可见光光催化性能研究进展

概括了最近报道的N掺杂TiO2可见光光催化材料的研究成果，其中包括样品制备的进展、掺杂机理的研究和可见光响应理论的研究。在制样方法方面，分析了不同方法制备的样品在性能上的特点和差异；在掺杂机理研究方面，归纳了目前研究中对N掺杂TiO2机理的不同观点，包括N在TiO2晶格中的位置以及N掺入后对TiO2半导体能级结构的影响；最后详细介绍了几种N掺杂TiO2可见光响应理论。     

水热合成的MoS2/石墨烯/N-TiO2复合材料的可见光催化性能

以氧化石墨烯(GO)、钼酸、硫脲和TiN为原料,成功制备了MoS_2/石墨烯/N-TiO_2(MGNT)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段测试分析了样品的物相组成、形貌、成分和光吸收性能。紫外-可见漫反射测试结果表明,MoS_2、石墨烯共同修饰及氮掺杂使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明,MoS_2/石墨烯共同修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是氮掺杂TiO_2(NT)和石墨烯修饰氮掺杂TiO_2(GNT)的1.82倍和1.59倍,其吸附性分别为氮掺杂TiO_2、石墨烯修饰氮掺杂TiO_2的11.14倍和4.77倍。     

单晶TiN颗粒为前驱体制备TiO2薄膜及其光催化性能（英文）

为了开发高活性的二氧化钛(TiO2)光催化剂,通过简易的两步法制备了TiO2薄膜.首先将钛片放入氮化钛(TiN)纳米颗粒悬浮液中,然后干燥这一体系制得TiN/Ti薄膜,最后通过煅烧TiN薄膜前驱体制备了平整均一的二氧化钛(TiO2)薄膜.通过考察退火温度对样品光吸收性能的影响,确定最优退火温度为500℃.在此条件下制备的TiO2为多晶锐钛矿,吸收边带400 nm.以制备的TiO2薄膜为催化剂,3 h内苯酚的降解率达到88%,远大于使用德固赛TiO2(P25)时的62%,制备的二氧化钛薄膜比P25显示出更优良的光催化性能,其光催化降解苯酚的动力学常数为P25的2.2倍.