TiO2纳米管阵列涂层的相态和形貌对其光催化活性的影响研究

通过阳极氧化法在金属钛表面制备了TiO2纳米管阵列涂层(TiO2 nanotube array,TNT),并通过改变其形貌和相态探索TNT涂层光催化反应的机理。研究表明TNT涂层光催化降解有机物的机理是依靠光生空穴与氧化剂生成的羟基自由基来氧化有机物中的基团。此外涂层表面的F离子残留量对TNT涂层的光催化性能有一定的影响,F离子残留量越少,纳米管的光催化活性越高,这是由于在光照条件下,带有负电的F离子易于和带正电的光生空穴发生反应,同时由于F离子的残留使纳米管中出现了Ti3+,从而降低了光生电子的数量。低温退火处理条件下,纳米管的形貌基本上没有改变,影响半导体材料性能的主因是相态变化,锐钛矿占主体的混晶结构能够有效促进光生电子-空穴对的分离和传输,从而提高光催化性能。     

多壁碳纳米管/TiO2复合材料的合成 及其光催化性能

TiO₂被广泛应用于环境污染治理、新能源转换以及传感器等领域.通过负载导电材料复合(碳纳米管）拓宽纳米TiO₂的光谱响应范围,提高光生电子-空穴对分离效率,是有效提高TiO₂光催化性能的研究手段.以多壁碳纳米管和钛酸异丙酯为原料,采用溶胶-凝胶法合成碳纳米管负载的TiO₂光催化剂.利用X射线单晶粉末衍射（XRD）、比表面积（BET）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、激光拉曼（Raman）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis DRS）等对催化剂进行表征.通过在365 nm紫外光照射下,光催化降解亚甲基蓝来研究不同含量碳纳米管负载对TiO₂光催化活性的影响.结果表明,负载2%碳纳米管的TiO₂光催化效果有明显提高,对亚甲基蓝的降解率达90.6%.碳纳米管负载后,样品的比表面积增大,可见光吸收能力和光电流强度增强,光生电子寿命增长.同时,碳纳米管与TiO₂构建了紧密的界面接触关系引起Ti-O键的缩短而有利于光生电子和空穴的分离从而产生大量h+、·OH和超氧自由基等活性基团,能有效提高光催化性能.      

TiO2纳米管的制备及光电催化分解海水制氢

采用阳极氧化法在钛板表面制备了垂直导向的TiO2纳米管阵列。研究了无机无氟(HCl+H2O2)、无机含氟(HF)和有机乙二醇(EG)三种体系对TiO2纳米管薄膜制备的影响。利用SEM对其形貌进行了表征,通过电化学考察了其光电响应性能。考察了制备的TiO2纳米管薄膜光电催化分解海水制氢性能。结果表明:在EG体系中制备的TiO2纳米管阵列规则有序,有利于光生电子的传输,减小了电子一空穴对的复合,光电催化制氢活性最高。     

钆掺杂TiO_2纳米管的制备及光致发光性能研究

采用溶胶-凝胶法及500℃煅烧工艺制备了纯的和不同Gd掺杂量的TiO_2纳米粉,并以其为前驱物,通过微波水热合成法制备了相应的TiO_2纳米管,利用场发射扫描电镜(FESEM),场发射透射电镜(FETEM),X射线衍射(XRD)和荧光光谱(FS)仪等对样品进行表征,考察不同Gd的掺杂量对TiO_2纳米粉及纳米管形貌、结晶度和光致发光性能的影响。结果表明,纯的TiO_2纳米粉为15 nm左右,随着Gd掺杂量的提高,煅烧后TiO_2纳米粉粒径降低;当Gd含量为2%时,TiO_2纳米粉粒径减小到10 nm左右。纯的和掺杂Gd的TiO_2纳米管形貌均为两端开口,内中空,管的直径为8 nm左右,长度为100~500 nm,说明Gd掺杂含量对TiO_2纳米管的形貌影响不大。XRD分析表明,TiO_2纳米管的结晶度普遍低于纳米粉的结晶度,而适当Gd元素掺杂使TiO_2纳米管能保持一定的结晶度。另外,Gd掺杂量也影响TiO_2纳米粉以及纳米管的FS信号强度。随着Gd掺杂量的增加,TiO_2纳米管的FS信号强度有先增加后降低的变化趋势,当Gd掺杂量为0.5%和0.2%时,TiO_2纳米管的FS信号强度达到最大值。     

TiO_2光生阴极保护行为的研究现状及进展

光阴极保护技术是金属腐蚀与防护技术中的重要方法,半导体氧化物TiO_2能够利用紫外光进行光催化反应,一直是材料研究的热点。半导体TiO_2薄膜在光致阴极保护过程中可作为永久性防护涂层,TiO_2薄膜或是通过掺杂方式改变TiO_2的能级结构,可实现拓展光响应范围和抑制光生电子和空穴复合,以提高TiO_2材料的光催化性能。综述了光致阴极保护技术的优越性,不同TiO_2光致阴极保护薄膜在光致阴极保护技术领域的研究现状,提出了目前存在的问题及未来发展的方向。     

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%。     

La掺杂TiO_2的制备及光催化处理石化二级出水的研究

采用溶胶-凝胶法制备了稀土La掺杂TiO_2纳米粉末,利用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、透射电镜(TEM)和荧光光谱(PL)等分析方法对所制备样品进行表征;以亚甲基蓝和石化二级出水作为降解对象,研究了La掺杂TiO_2样品的光催化性能。表征结果显示,本实验所制备的TiO_2样品均为锐钛矿晶型;稀土La掺杂可以使样品的晶粒尺寸由25 nm减小为15 nm;同时可改善样品的团聚现象;并可促进样品对可见光的吸收;此外还具有降低电子-空穴的复合,提高TiO_2量子效率的作用。光催化降解亚甲基蓝实验结果显示,当La掺杂含量为0. 50%时,样品的光催化性能最佳;优选0. 50%La-TiO2对石化二级出水进行光催化降解反应,结果显示光催化反应180min时,二级出水中的化学需氧量(COD)和UV254的降解率分别可达55%和70%以上;且经过3次回用后降解率未明显下降,说明本实验所制备的实验样品具有良好稳定的光催化性能,这为光催化深度降解石化二级出水工业应用提供了可能。     

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500℃热处理后样品呈锐钛矿和晶红石的混晶结构。XPS检测表明掺杂样品中镍主要以Ni²⁺形式存在。样品的紫外可见吸收光谱表明镍掺杂样品的光吸收发生红移且镍掺杂明显提升了样品的光吸收能力。光催化测试表明适宜的镍掺杂能够有效降低二氧化钛光生电子和空穴的复合率,从而提升了纳米管样品对亚甲基蓝的降解率。其中2%镍掺杂纳米管对亚甲基蓝显示出最高的2 h降解率,达到95.7%,而过量的镍掺杂则会对其催化性能产生抑制作用。     

影响纳米材料TiO2光催化活性的因素

讨论了TiO2光催化技术研究现状、探讨了光催化反应机制, 分析了提高光催化反应活性的途径, 并讨论了影响纳米TiO2光催化活性的主要因素 一般而言, 锐钛矿型TiO2的光催化活性高于金红石型TiO2;晶粒尺寸小, 光生电子和空穴从TiO2体内扩散到表面的时间短, 它们在TiO2体内的复合几率减小, 光催化活性高;贵金属沉积可提高催化剂表面光生载流子的分离效率, 有利于生成更多的·OH;半导体耦合可提高系统的电荷分离效果, 扩展对光谱吸收范围;金属离子掺入TiO2晶格中可能引起晶格位置缺陷或改变结晶度, 抑制电子与空穴的复合, 延长载流子的寿命, 从而使光催化性能得以改善;TiO2表面羟基的数量直接影响光催化效率.     

二氧化钛复合材料光催化水体中氨氮的性能及降解途径

通过溶胶凝胶法制备了以活性炭负载(TiO_2/AC)、吐温80、Cu~(2+)和Fe~(3+)掺杂的四种纳米TiO_2颗粒复合材料,采用X-射线衍射分析和全波长UV-VIS扫描对样品进行表征。在紫外灯照射下,以氨氮溶液为光催化降解材料测定各种改性TiO_2样品的光催化活性,并探讨了光催化氨氮的降解途径。分析表明,掺杂Fe~(3+)或Cu~(2+)的TiO_2均为锐钛矿相,可以使TiO_2平均粒径减小,Cu~(2+)掺杂TiO_2的吸光波长发生了显著红移现象,而Fe~(3+)掺杂TiO_2后此现象不明显。对氨氮光催化作用比较,其性能依次是TiO_2/ACFe~(3+)/吐温/TiO_2和Cu~(2+)/吐温/TiO_2 Fe~(3+)/TiO_2和Cu~(2+)/TiO_2。同时掺杂Cu~(2+)和Fe~(3+),对二氧化钛光催化效率具有协同效应。TiO_2光催化氧化氨氮的反应途径与生物氧化基本相似,最终生成氮气。     

纳微结构Ag2CO3光催化材料的制备 及其在光催化的应用

Ag₂CO₃是近年来发现的一种新型的可见光响应光催化剂,对甲基橙（MO）、罗丹明B（RhB）和亚甲基蓝（MB）等染料和苯酚等有机物都具有较高的光催化降解能力.然而,在光催化反应过程中,Ag₂CO₃晶体中的Ag+会被自身的光生电子（e-）还原形成金属Ag单质,随着反应的进行,样品的稳定性和光催化效果迅速降低.贵金属沉积、非金属掺杂和形成异质结等方法,可以使Ag₂CO₃的光吸收得到扩展,同时促进光生电子空穴对的分离,从而提升Ag₂CO₃的抗光腐蚀性能和对污染物的降解效率.通过不同的物理和化学方法调控Ag₂CO₃催化材料的形貌、晶粒尺寸和晶体缺陷等,可以提升其比表面积和光生电子空穴的传输效率,进而提高其光催化活性.文中归纳了近年来Ag₂CO₃光催化材料的研究进展,分析了Ag₂CO₃光催化的特点,阐述了一系列提升Ag₂CO₃光催化性能的方法,并对Ag₂CO₃光催化材料的研究进行了总结与展望.      

介孔TiO_2光催化材料的制备与性能研究

以钛酸四丁酯为钛源,通过溶胶—凝胶法合成了纳米TiO_2光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外—可见光光度计(UV-Vis)、比表面及孔径分析仪对样品的物相组成、显微结构及光催化性能进行分析测试。研究结果表明:低温煅烧下,纳米TiO_2由单一的锐钛矿相组成,具有一定的团聚现象,尺寸约为20~60μm,随着温度的升高,尺寸变大。当煅烧温度达到600℃时,试样中出现金红石第二相,抑制晶粒长大尺寸约为6~12 nm。试样中产生4~6 nm的介孔孔道,比表面积为136.872 m2·g-1,对甲基橙的降解率达到92%。     

铁电异质结光催化剂的研究进展

半导体光催化材料在环境修复和可再生能源生产方面具有巨大的潜力，但光生电子—空穴的高复合率是制约半导体光催化材料性能提升的瓶颈问题。通过构筑铁电异质结，借助铁电材料的退极化场和异质结的内建电场增强光生电子—空穴的分离是提升光催化性能的重要途径。综述了近年来铁电异质结光催化剂的研究进展，重点介绍了铁电Ⅱ型异质结、铁电Z型异质结、铁电—金属肖特基结的光生电子和空穴的转移机制，提出了铁电异质结光催化剂未来研究面临的机遇和发展方向。      

TiO2纳米管的制备及其光催化降解甲基橙的研究

以TiO2和NaOH为原料,采用水热法制备了TiO2纳米管（titania nanotube,简称TNT）,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）对TiO2纳米管的结构与形貌进行了研究,以甲基橙（Methyl Orange）为反应物,考察了TiO2纳米管光催化降解甲基橙的效果。研究结果表明：400℃焙烧时,TiO2纳米管主晶相为钛酸,500℃焙烧时,其组成为锐钛矿相;制备的TiO2纳米管可以有效的降解甲基橙,且在光催化降解中起主要作用的是锐钛矿相。     

石墨烯—铁掺杂二氧化钛复合物制备及其光催化性能

以氧化石墨烯溶液为底水,采用一步法热水解工业钛液制备石墨烯-铁掺杂二氧化钛复合光催化剂。以亚甲基蓝光催化降解为目标反应评价其光催化性能,考察了氧化石墨烯溶液浓度、加料速率、升温速率等因素对其光催化性能影响。采用XRD、SEM、FT-IR、UV-vis DRS及XPS等技术对其进行表征。研究结果表明:掺杂铁以Fe~(3+)形式进入TiO_2晶格形成杂质能级,提高复合物可见光响应范围。石墨烯有利于光生电子传输,实现光生电子-空穴对有效分离,提高光催化量子效率。最佳水解条件为:石墨烯溶液浓度为0.03 mg/mL、加料速率为8 mL/min、升温速率为1.0℃/min。在此条件下,紫外光下及可见光下光催化效率分别为94.15%和80.89%。     

浸渍涂覆法制备高炉渣纤维负载TiO_2复合材料

以高炉渣纤维(BFSF)为载体,采用浸渍涂覆法,在BFSF表面负载TiO_2,制备BFSF负载TiO_2(TiO_2/BFSF)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、Zeta电位和纳米粒度分析仪、N2吸附脱附仪、场发射扫描电镜(SEM)及能谱元素分析(EDS)等近代测试方法对TiO_2的晶型、晶粒尺寸、比表面积和TiO_2/BFSF的显微结构进行了表征。并用亚甲基蓝(MB)来模拟印染废水,通过亚甲基蓝降解率的高低,评价样品的光催化活性。试验结果表明:TiO_2浓度为20 g/L,TiO_2悬浮液负载3次时,TiO_2均匀覆盖在BFSF四周,紫外光照射180 min时,亚甲基蓝的降解率为94.8%。TiO_2/BFSF复合材料重复利用4次,亚甲基蓝的降解率依然能够达到65%。     

研磨-焙烧法制备BiOI/BiOBr异质结光催化剂及其光催化性能

首先通过沉淀法制备BiOBr和BiOI纳米粉体,然后在主体BiOBr光催化剂中掺杂不同含量的共催化剂BiOI,充分研磨后在不同温度下进行煅烧3 h,制备了BiOI/BiOBr系列复合物,其中BiOI的质量分数分别为1%,2%,4%和8%.采用氮气物理吸附、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见(UV-Vis) 漫反射(DRS) 和光电流测试等技术对所制备的样品进行表征.以酸性橙Ⅱ为模拟污染物, 在可见光下考察了煅烧温度和BiOI复合含量对BiOBr主体光催化剂的光催化性能的影响.研究表明,当复合BiOI的含量为4%,煅烧温度为400 ℃时所制备的复合光催化剂表现出最高光催化性能,其降解效率分别是纯BiOBr和BiOI的1.7和1.9倍.复合BiOI促进了催化剂对可见光的吸收,同时经过研磨和煅烧形成的BiOI/BiOBr异质相结,促进了光生电子(e-) 和空穴(h+) 的分离,提高了光催化活性.      

花状Pt/Bi2WO6微米晶合成、表征及其高可见光催化性能

利用水热-光化学沉积法合成了一系列粒径为1.5~2μm的花状Pt/Bi2WO6微米晶.采用X射线衍射仪（XRD）、N2物理吸附、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（DRS）、X射线光电子能谱（XPS）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段进行表征.在可见光照射下（λ＞420 nm）,进行了光催化降解染料酸性橙Ⅱ的性能测试.表征和测试结果表明,这些多尺度花状Pt/Bi2WO6复合微米晶,在水溶液中进行光催化降解反应具有优越的性能.此外,沉积1%的Pt 纳米粒子可使光催化活性显著提高,为Bi2WO6的2.8倍.沉积的Pt纳米粒子由于产生表面等离子体的共振吸收,增强对可见光的吸收能力,同时降低了光生电子（e-）和空穴（h+）的复合,促进·OH 自由基的产生,因此能在很大程度上提高光催化活性.此外,这种特殊结构的Pt/Bi2WO6微米晶有利于在水溶液中进行分离和回收,提高催化剂的利用效率.     

Cu/Ag掺杂TiO_2包覆SiO_2纳米复合材料的结构与光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备包覆层厚度约为12 nm的高分散性TiO_2包覆SiO_2(TCS)复合粉末。在此基础上,合成光催化效率显著提高的Cu和Ag掺杂TCS光催化剂。利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、紫外-可见分光光度计和光催化降解甲基橙测试等,系统研究包覆和掺杂对TiO_2结构及光催化活性的影响规律和相关作用机制。结果表明,TiO_2与SiO_2的界面可能以Ti—O—Si化学键联结,并通过影响TiO_2的结晶过程而抑制TiO_2晶粒的长大。通过控制实验条件得到了性能优异的Cu_2O-TiO_2-SiO_2复合粉末,Cu掺杂的作用机制可理解为Cu_2O半导体对TiO_2的修饰,光催化活性的提高与氧空位和Cu_2O有关。相比较,Ag掺杂对TiO_2的禁带宽度影响不大,但吸光强度有较大提高。当Ag掺杂量为1.0%时,光催化降解甲基橙效率达到95.7%。     

硝酸铜含量对α-Fe2O3粉末制备及光催化性能的影响

以硝酸铁、硝酸铜、甘氨酸为原料,采用溶液燃烧合成一步制备了粒径约为30 nm的α-Fe_2O_3复合光催化纳米材料。采用XRD,SEM,TEM对α-Fe_2O_3复合粉末进行了表征,研究了硝酸铜含量对α-Fe_2O_3复合材料物相、形貌及光催化性能的影响。反应体系中加入硝酸铜后,制备得到α-Fe_2O_3/CuFe_2O_4复合光催化材料。硝酸铜的加入影响了反应时释放的能量,形貌由原来的絮片状变为片状。当添加量为1 g时,α-Fe_2O_3复合材料的光催化效果最优,在50 min内可以降解初始浓度为20×10~(-6)的亚甲基蓝溶液。这是由于CuFe_2O_4带隙宽度较窄,能够吸收的太阳光更多,同时可以与α-Fe_2O_3形成异质结,提高光生电子和空穴的传输,降低光生电子和空穴的复合,从而提高了粉末的催化活性。