钌掺杂TiO2纳米粉体的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ru掺杂TiO_2纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)等测试手段对其进行了表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,评价了不同热处理条件下的粉体在可见光下的光催化活性。结果表明:Ru掺杂对TiO_2纳米粉体的微观形貌没有明显影响,但抑制了TiO_2锐钛矿相向金红石相的转变,也抑制了晶粒的长大;Ru掺杂能轻微促进TiO_2表面活性基团TiOH的生成;Ru掺杂未改变TiO_2的吸收边带,但可大大提高TiO_2对可见光的吸收能力;Ru掺杂降低了TiO_2纳米粉体的可见光催化性能。     

掺杂Li~+纳米TiO_2光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备不同掺Li~+量的纳米TiO_2,并通过X射线衍射、紫外可见分光光度计等手段对催化剂进行表征。结果表明,Li~+掺杂促进TiO_2锐钛矿向金红石相的转变,抑制TiO_2晶粒的生长,使金红石相TiO_2吸收带边发生红移。以甲基橙溶液为目标降解物,考察掺Li~+量、焙烧温度、催化剂用量等因素对TiO_2光催化活性的影响。实验表明,Li~+掺杂的摩尔分数为4%,煅烧温度为500℃,催化剂用量为1.0g/L,经300W紫外灯照射30min,甲基橙溶液降解率可达99.25%,动力学降解速率常数为纯TiO_2的1.8倍。     

K~+掺杂对TiO_2晶型转变的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同K~+掺杂量的纳米TiO_2粉体,利用差热-热重、X衍射仪研究了不同煅烧温度、不同煅烧时间下K~+掺杂量对TiO_2凝胶相变过程的影响。研究结果表明,提高煅烧温度、延长煅烧时间可有效促进锐钛矿(Anatase)向金红石(Rutile)(A-R)的转变,K+掺杂抑制了锐钛矿向金红石的转变。     

稀土Dy掺杂对纳米TiO2相变及光催化性能的影响

采用溶胶-微波法制备了稀土元素Dy掺杂的纳米TiO_2复合粉体,采用XRD、拉曼、XPS等手段对样品进行了表征和分析,并以甲基橙的光催化降解为探针反应,探讨稀土Dy掺杂对纳米TiO_2的相变及光催化活性的影响。研究结果表明:稀土掺量为1.3%、经550℃煅烧后制备的样品光催化活性显著提高,对甲基橙的降解率为92%。与未掺杂纳米TiO_2相比,稀土Dy掺杂可以阻碍纳米TiO_2晶粒的生长,增大了比表面积;提高其热稳定性,抑制TiO_2锐钛矿相向金红石相转变;并使TiO_2产生晶格缺陷从而增加纳米TiO_2粉体表面羟基含量和表面氧空位,抑制了光生电子和空穴的复合,增强纳米TiO_2的光催化活性。     

双微乳液法制备掺杂Fe~(3+)的纳米TiO_2及其光催化性能

为了研究双微乳液法在制备纳米级光催化剂的应用,以TiCl4和NH3.H2O为原料,采用十六烷基三甲基溴化铵-正丁醇-环己烷-水微乳体系制备Fe3+掺杂纳米TiO2,对粉末的晶体结构进行X射线衍射表征,并以其对p-甲酚的降解考察其光催化活性。结果表明,在较小的掺杂量时,Fe3+掺杂量的提高可以提高TiO2的光催化活性,进一步提高掺杂量将引起光催化活性的降低;掺杂Fe3+可导致纳米TiO2的粒径减小;Fe3+的半径较小以及Fe2O3的熔点较低均有利于TiO2从锐钛矿向金红石的相变;当Fe3+掺杂摩尔分数为0.06%,煅烧温度为550℃时,纳米TiO2的光催化活性最高,此时形成TiO2的锐钛矿和金红石相的混晶;乳液中含水量也会影响晶相的组成和粒径大小,随着含水量增加产物中出现了一定比例的金红石相。     

Sm-TiO_2光催化剂的制备及可见光下降解亚甲基蓝的研究

采用溶胶-凝胶法制备了稀土钐掺杂的纳米TiO_2光催化剂(Sm-TiO_2),通过XRD、XPS、UV-Vis-DRS、PL、Nano-sizer纳米粒度分析仪等对Sm-TiO_2样品进行表征和分析,以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同掺杂浓度样品对MB的光催化降解效果。结果表明,Sm的替代掺杂引起的晶格畸变促进了金红石相的形成,但晶界及表面的Sm物种抑制了TiO_2从锐钛矿相向金红石相转变,细化了晶粒。适量的Sm掺杂使TiO_2的吸收光谱阈值红移,有效降低了光生电子-空穴对复合率,提高了TiO_2光催化活性。当pH值=2、掺杂量n(Sm)∶n(Ti)=0.006、热处理温度为500℃时,Sm-TiO_2样品在普通日光灯下光催化降解MB的活性最高,其一级表观速率常数较相同条件下纯TiO_2提高了约4倍。     

钯氮共掺杂TiO_2薄膜的光催化还原性能

采用磁控溅射法制备钯氮共掺杂二氧化钛薄膜,研究了Pd含量对薄膜的表面形貌、吸收光谱和可见光催化还原性能的影响。结果表明:Pd、N共掺杂TiO_2薄膜具有锐钛矿相和金红石相混合的结构,Pd的掺杂使TiO_2从锐钛矿相向金红石相转变。Pd元素主要以PdO的形式存在于薄膜表面。随着Pd含量的提高薄膜表面粗糙度增大,致密度减小。薄膜吸收光谱的吸收限,逐渐向可见光方向移动。Pd含量为0.4%(原子百分比)的薄膜,具有最优的可见光催化还原性能。     

热处理对铁掺杂TiO2锐钛矿-金红石相变的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO_2和不同浓度Fe掺杂TiO_2纳米粉末,并对各样品进行了350℃、500℃、650℃的热处理。通过SEM、XRD、EDS、XPS等测试方法对其表面形貌、晶体结构及成分组成进行了表征,研究了热处理温度对Fe掺杂TiO_2相变的影响。实验结果表明:纯TiO_2与Fe-TiO_2在350℃、500℃时均为单一的锐钛矿,650℃时大部分转变为金红石;热处理温度升高有利于锐钛矿向金红石的转变;Fe掺杂后以+3价的形式存在,Fe离子掺杂能够明显减小TiO_2的晶粒尺寸,高浓度的Fe掺杂对锐钛矿-金红石相变有微弱的促进作用。     

Cu-N共掺杂TiO_2粉体光催化降解水中的偶氮

为了研究Cu、N掺杂Ti O2粉体的光催化活性,采用溶胶-凝胶法制备纯Ti O2,Cu、N单掺及共掺Ti O2光催化剂粉体,利用X射线衍射、N2吸附-脱附和X射线光电子能谱等技术对其进行表征,并考察不同Ti O2粉体为光催化剂对甲基橙的光催化降解能力。结果表明:Cu-N共掺杂的协同作用使Ti O2具有更好的热稳定性,抑制锐钛矿相向金红石相转化;煅烧温度为500℃时制备的Cu-N共掺Ti O2光催化剂粉体在可见光下光催化活性最高,光照180 min时对甲基橙的降解率高达93%。     

铁氮共掺杂TiO2光催化剂的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法与微波合成法相结合制备铁氮共掺杂的TiO2光催化剂。通过XRD、FT-IR、UV-Vis、PL等对Fe-N-TiO2样品进行表征和分析,并以亚甲基蓝（MB）作为目标降解物,考察经不同温度热处理及不同掺铁量的样品对MB的降解效果。结果表明所制备的样品在700℃热处理5h后为锐钛矿相与金红石相混晶,样品的吸收阈值波长向可见光红移约45nm。铁氮共掺杂抑制了样品从锐钛矿相向金红石相的转变,提高了TiO2的光催化活性。在普通日光灯下,热处理温度为600℃、掺铁量与TiO2摩尔比为1︰200条件下制备的样品,其光催化活性明显高于Degussa P25。     

混晶结构纳米TiO2粉的光催化活性

以钛酸四丁酯为钛源制备混晶结构纳米TiO2粉,研究了纳米TiO2的光催化活性与颗粒晶相结构之间的关系．结果表明,当金红石相的质量分数少于18．53％,光催化活性随着金红石相的增多而降低;当金红石相的质量分数为18．53％-28．2％时,随着金红石相的增多,光催化活性逐渐增强,在28．2％附近具有最高的光催化活性,与纯锐钛矿结构纳米TiO2粉的光催化活性相当;金红石相含量继续增加,则光催化活性逐渐降低．适量金红石相的存在有利于锐钛矿相中的电荷分离,使光催化活性提高．     

Nb掺杂锐钛矿相和金红石相TiO_2的第一性原理计算

本论文基于密度泛函理论的第一性原理,建立了合理的结构模型和计算参数。在相同的摩尔掺杂率下,从理论上计算并分析了锐钛矿相及金红石相TiO_2:Nb的能带结构、态密度、介电常数、反射率和吸收强度。结果表明,锐钛矿相比金红石相TiO_2:Nb具有更好的光催化性和在可见光内透过率更高。     

添加磷酸根对纳米二氧化钛晶相的控制

以TiCl4为前驱体添加磷酸盐通过水热法制备了纳米TiO2。通过X射线衍射仪、差热分析仪、扫描电子显微镜、比表面仪(BET)和光化学反应器等手段对所制备的TiO2的颗粒晶型、失重、形貌、比表面和降解罗丹明B的能力进行了表征。结果表明,随着磷酸根的添加,TiCl4水解生成的TiO2的晶型由纯金红石型向锐钛矿型转换,且所合成的锐钛矿和金红石的混晶样品的光催化活性明显高于单独晶相的光催化活性。     

可见光响应的TiO2双层纳米棒阵列制备及其光催化性能研究

采用磁控溅射辅助二次水热法,在掺杂氟的SnO_2透明导电玻璃基底上制备出可见光响应的TiO_2双层纳米棒阵列。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外光谱仪(UV-Vis-DRS)、X射线光电子能谱仪(XPS)对样品的晶体结构、微观形貌、光吸收性质及化学组分价态进行了表征;以甲基橙为目标降解物,对样品在可见光下的催化性能进行了研究。结果表明:双层阵列由金红石相TiO_2一维纳米棒构成,溅射沉积的TiO_2纳米颗粒为上层纳米棒阵列生长提供晶种,使其生长更致密;并且由于其内部Ti3+和氧空位缺陷态的存在,将阵列的光谱吸收范围拓宽至可见光区域。TiO_2双层纳米棒阵列在可见光照射下对甲基橙的降解率相比纯TiO_2纳米棒阵列提高了67%,表现出良好的光催化性能。     

氟碳铝单板表面溶胶凝胶法制备N-TiO2薄膜的组构及光催化性能

为了实现氟碳铝单板在太阳光下的自清洁,以钛酸丁酯为钛源、尿素为氮源,采用溶胶凝胶法在氟碳铝单板表面低温制备了N掺杂的Ti O2(N-Ti O2)薄膜,并制备了纯Ti O2薄膜进行比较。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪分析了薄膜的形貌、物相及分子结构;用紫外-可见光分光光度计测定薄膜的紫外-可见光吸收波谱,并在可见光下分析了薄膜对亚甲基蓝溶液的光催化降解性能。结果表明:N掺杂能抑制Ti O2由锐钛矿相向金红石相转化,N-Ti O2薄膜表面光滑平整,没有孔洞和裂纹,在可见光下表现出了显著的光催化活性。     

Cu掺杂金红石型TiO2的制备及其光催化性能

用溶胶-凝胶法在650℃条件下,制备了Cu掺杂金红石型TiO₂光催化剂,使用XRD、SEM、TEM、XPS、BET、PL和DRS等手段对其晶体结构、表面形貌、元素组成与价态、比表面积和光学性质进行了表征。结果表明,纯TiO₂是少量锐钛矿与大量金红石组成的混晶,Cu掺杂有利于锐钛矿向金红石的转变,Cu掺杂TiO₂全部为金红石。Cu元素以+1价和+2价共存的形式存在于样品中。以罗丹明B为目标污染物、以氙灯为紫外可见光光源考察这种光催化剂的活性时发现,Cu掺杂降低了光催化活性,Cu掺杂能抑制光生电子与空穴的复合但是使光催化剂在紫外部分的吸收降低,即降低了材料的光催化活性。     

镁掺杂对二氧化钛晶化行为的影响

采用溶胶-凝胶法在较低的热处理温度下制备了镁掺杂的TiO2。通过差热分析（DTA）并经过计算，发现在TiO2溶胶中加入Mg（NO3）2，可以让TiO2从无定型到锐钛矿相和锐钛矿相到金红石相的晶型转变活化能分别从137．7和163．7kJ／mol降低到70．5和108．4kJ／mol；采用X射线衍射分析（XRD），确定了在600℃热处理，获得了具有锐钛矿相和金红石相混晶的镁掺杂TiO2；通过紫外光催化降解甲基橙水溶液实验，证明了镁掺杂的TiO2薄膜的光催化活性高于未掺杂TiO2薄膜。     

N掺杂介孔TiO2柠檬酸催化合成及其光催化性能研究

采用柠檬酸酸催化溶胶-凝胶法合成了N掺杂介孔TiO_2,并用XRD、HRTEM、XPS、BET、UV-vis等手段表征了N-TiO_2。测试结果表明,煅烧前的样品是无定形TiO_2,低温煅烧后的产物是锐钛矿TiO_2,而750℃煅烧产物是金红石型。少量N元素的掺杂致使TiO_2的吸收带边位置发生少许红移,移向可见光区域。N_2吸附-脱附和光解甲基橙结果显示,N掺杂介孔TiO_2(3.0 at.%)的BET面积为102 m~2/g,孔尺寸大小约为9.8 nm,具有比P25更强的光催化降解甲基橙的能力。     

TiO_2纳米粒子及纳米棒在活性碳纤维上的生长研究

通过两步水热方法,在活性碳纤维上依次沉积了锐钛矿型TiO_2纳米粒子及金红石型TiO_2纳米棒,SEM及XRD实验结果表明:在纤维表面预沉积锐钛矿型TiO_2纳米粒子有助于后续金红石型TiO_2纳米棒的生长。随着纳米棒的生长,纳米粒子的质量分数下降。与单纯锐钛矿型TiO_2纳米粒子负载的纤维相比,纳米棒生长时间2.5h相应的混晶TiO_2负载的活性碳纤维显示了对亚甲基蓝较高的光催化活性。在对混晶TiO_2负载的纤维用辛基三甲氧基硅烷处理后,纤维毡的表面显示超疏水性,并且水接触角随纳米棒生长时间的延长而增大。     

高光催化性能的二氧化钛纳米管—氧化石墨烯杂化材料（英文）

以金红石型TiO_2、氧化石墨烯和氢氧化钠为反应剂,通过水热合成法制备了TiO_2纳米管-氧化石墨烯复合材料,并研究复合材料制备过程中水热温度、煅烧温度对制备材料结构性能的影响关系。结果发现,TiO_2纳米管-氧化石墨烯复合材料比纯TiO_2纳米管具有更好的光催化性能。石墨烯有利于TiO_2纳米管的形成,而且存在一个优化的加强光催化性性能的煅烧温度。TiO_2纳米管-氧化石墨烯复合材料在煅烧过程中,氧化石墨烯的还原与逐渐损失同TiO_2纳米管的结晶动态平衡,可能是其中存在优化煅烧温度的原因。同时分析了TiO_2纳米管-氧化石墨烯复合新材料的复合机理。