贵金属改性TiO2光催化剂的机理及研究进展

利用贵金属改性TiO2光催化剂是提高TiO2光催化活性的主要方法之一,在离子掺杂改性TiO2研究中受到重点关注。综述了贵金属改性TiO2光催化剂的机理,总结了贵金属改性TiO2光催化剂的主要制备方法,分析了目前贵金属改性TiO2光催化剂研究中存在的问题,指出通过某些贵金属掺杂TiO2光催化剂能克服贵金属表面沉积改性方法的不足,并能有效改善TiO2光催化剂的光催化性能。     

共掺杂改性TiO2光催化剂的研究进展

TiO2具备化学稳定性好、催化活性高、无污染、价格低廉等优点,在光催化领域有广阔的发展前景,但禁带宽度较大、可见光吸收能力差等缺点影响了TiO2在生产生活中的推广利用.本文综述了共掺杂改性TiO2在光催化领域的研究进展,介绍了纳米TiO2的光催化机理,分析比较了金属与金属共掺杂、非金属与非金属共掺杂、金属与非金属共掺杂三种改性方式对TiO2光催化性能的影响;指出共掺杂改性可以通过降低禁带宽度、产生可见光效应、抑制光生电子空穴复合等方式提高TiO2的光催化活性;总结了有关共掺杂作用机理和离子间协同作用的研究成果,提出了当下共掺杂改性TiO2研究存在的不足之处,并对今后的研究方向进行了展望.     

S掺杂改性TiO_2光催化剂的研究

TiO2具有无毒、化学性能稳定、价格便宜和不产生二次污染等特点,被认为是最有应用前景的光催化剂,但TiO2较宽的禁带宽度和低的量子转换效率限制了其实际应用。对TiO2进行改性以提高其在可见光区的光催化活性是近几年研究的热点。综述了S单掺及与其它离子共掺杂改性TiO2光催化剂的工作机理以及掺杂后对TiO2光催化性能的影响,介绍了国内外在该方面研究的主要进展,并讨论了TiO2光催化剂掺杂改性中存在的问题。     

用于降解室内挥发性有机物的TiO2光催化材料的改性研究进展

光催化降解室内挥发性有机物(VOCs)是TiO2光催化材料应用的新领域.在介绍TiO2光催化材料降解室内VOCs及改性机理的基础上,重点综述了催化降解室内VOCs用改性TiO2光催化材料的离子掺杂、半导体复合、贵金属沉积等改性制备的研究新进展,并详细阐明了所制备的改性TiO2光催化材料催化降解室内VOCs的研究现状,进而提出了改性TiO2光催化材料降解室内VOCs需进一步深入展开的研究工作.     

阴离子掺杂型TiO2可见光活性研究进展

阴离子掺杂改性TiO2光催化材料是目前光催化材料界的一个研究热点.综述了阴离子掺杂改性TiO2可见光活性的研究进展,重点探讨了N、C和S等元素掺杂TiO2材料的原理,实验工艺,效果以及优缺点.并对TiO2光催化材料可见光活性未来发展趋势进行了展望.     

离子掺杂改性TiO2光催化剂的理论研究进展

光催化技术是一种治理环境污染的新技术,但由于存在2个瓶颈问题(光催化活性需要紫外光激发及量子转换效率低)而制约了其推广应用。围绕上述问题,国内外开展了大量的改性研究并取得了一定的成果,尤其是近年来开始重视该方面的理论研究,这对推动光催化技术的发展起到了重要作用。介绍了本课题组及文献报道的对离子掺杂锐钛矿相TiO2光催化材料理论研究方面取得的主要结果,总结了不同离子掺杂及共掺杂对TiO2晶体结构、电子结构、光学性质和光催化性能的影响规律,提出了如何选择合适的掺杂离子以便有效地提高TiO2光催化性能的方法。     

金属离子掺杂对纳米TiO2晶型转变影响作用机制的研究进展

二氧化钛中引入金属杂质以提高二氧化钛的光催化活性受到了人们的广泛关注,对金属离子掺杂引起的二氧化钛晶型的转变进行了综述,总结了金属掺杂离子的熔点、离子半径、掺杂离子浓度、掺杂离子化合价等对TiO2晶型转变的影响,对TiO2晶型转变影响的作用机理进行了分析,并对TiO2光催化材料的金属离子掺杂改性研究的未来发展方向提出了建议.     

氧化钛基光催化材料的离子掺杂和酸化改性

本文基于光催化反应的机理分析,采用了金属离子掺杂和表面酸化相结合的改性方法对TiO2颗粒做了优化处理.对改性后的样品利用XRD、FTIR和PL等测试技术对样品进行了表征并以亚甲基兰为模拟污染物进行了光催化降解实验.结果表明包覆在粉体表面的新相以金红石为主;Fe离子掺杂降低了光生电子和空穴的复合几率;表面酸化增加了TiO2表面以双齿桥方式配位的羟基,此种羟基对TiO2光催化活性有重要影响;铁离子掺杂和表面酸化协同的改性方法可以明显提高TiO2粉体的光催化活性.     

掺杂改性纳米TiO2光催化剂的作用机理及改性途径

TiO2掺杂改性已成为光催化材料的研究热点.从光催化材料的结构特点、能级结构、光生电子空穴对作用等方面介绍了TiO2掺杂改性的作用机理,综述了近年来光催化掺杂改性途径的最新发展,并对TiO2光催化材料掺杂改性研究的发展方向提出了建议.     

稀土元素与N共掺杂TiO2光催化剂的研究进展

TiO2作为一种重要的光催化剂,对其进行掺杂改性可有效扩展其光谱响应范围,提高其光催化活性。介绍了稀土元素与N对TiO2进行共掺杂改性的机理及研究现状,分析了共掺杂对TiO2晶体结构、电子结构以及光学性能、氧化还原性能的影响,总结了稀土元素与N共掺杂改性TiO2存在的问题以及今后的研究前景。     

稀土掺杂TiO2光催化材料的制备和性能

采用溶胶-凝胶法制备了5种稀土（Pr、Nd、Sm,Eu、Dy）掺杂TiO2光催化薄膜,研究了稀土掺杂量,镀膜层数、烧结温度和烧结时间对光催化活性的影响．结果表明,各因素对材料的催化活性均存在一最佳值．薄膜中仅含TiO2而未见稀土氧化物,除掺锴TiO2薄膜完全由金红石相组成外,其余均由锐钛矿相和金红石相的混晶组成,其中金红石相所占比例较大,薄膜表面均存在大量缺陷;稀土掺杂TiO2薄膜对罗丹明B的光降解率可达89．3％．稀土掺杂TiO2显著提高了TiO2对可见光的响应能力,提高了材料的光催化活性．     

Nanocrystalline brookite with enhanced stability and photocatalytic activity: influence of lanthanum(III) doping

Metastable TiO(2) polymorphs are more promising materials than rutile for specific applications such as photocatalysis or catalysis support. This was clearly demonstrated for the anatase phase but still under consideration for brookite, which is difficult to obtain as pure phase. Moreover, the surface doping of anatase with lanthanum ions is known to both increase the thermal stability of the metastable phase and improve its photocatalytic activity. In this study, TiO(2) nanoparticles of almost only the brookite structure were prepared by a simple sol-gel procedure in aqueous solution. The nanoparticles were then doped with lanthanum(III) ions. The thermal stability of the nanoparticles was analyzed by X-ray diffraction and kinetic models were successfully applied to quantify phases evolutions. The presence of surface-sorbed lanthanum(III) ions increased the phase stability of at least 200 °C and this temperature shift was attributed to the selective phase stabilization of metastable TiO(2) polymorphs. Moreover, the combination of the surface doping ions and the thermal treatment induces the vanishing of the secondary anatase phase, and the photocatalytic tests on the doped brookite nanoparticles demonstrated that the doping increased photocatalytic activity and that the extent depended on the duration of the sintering treatment.     

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。     

湿法碳氮硫共掺杂TiO2的制备及其光催化活性

以全硫碳酸铵为掺杂剂,采用湿法由硫酸钛出发制得碳氮硫共掺杂TiO2,通过XRD和XPS对掺杂TiO2进行了表征,并对掺杂TiO2的光催化活性进行了考察。结果表明,微波辅助加热制备的掺杂TiO2中,C元素部分替位取代了TiO2晶格中的Ti 4+;N元素以两种掺杂形式存在,即进入TiO2晶格替位取代O2-产生掺杂和通过化学吸附进入晶格间隙产生掺杂;S元素主要提供S 2p形成S6+取代Ti 4+进入晶格进行掺杂;以甲基橙溶液为对象进行光催化降解,当掺杂量α为1.6、500℃焙烧2h时,掺杂TiO2表现出较高的可见光催化活性,光照70min使浓度为20mg/L的甲基橙溶液的降解率达到99.64%,明显提高了纳米TiO2的光催化活性。     

过渡金属掺杂纳米氧化钛薄膜的制备及表征

采用Sol—gel法制备了Ni^2＋、Fe^3＋和Cu^2＋离子掺杂TiO2薄膜,并对其进行了XRD、AFM表征。通过对掺杂TiO2薄膜结构分析发现,过渡金属离子掺杂TiO2后并没有导致TiO2的晶型改变,但Ni^2＋、Fe^3＋和Cu^2＋离子掺杂后使TiO2的晶格发生畸变,产生晶格缺陷,从而使TiO2晶体中电子浓度发生变化,影响光催化性能。     

离子束辅助沉积制备TiO_2-Nb_2O_5氧敏薄膜

采用离子束辅助沉积方法在Ａｌ２Ｏ３陶瓷衬底上制备了ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５氧敏薄膜。考察了薄膜组分比及退火温度对薄膜氧敏特性和结构的影响。电阻氧分压特性测试结果表明，纯Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性优于纯ＴｉＯ２薄膜；掺入少量的Ｔｉ可使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性提高，以５ｍｏｌ％ＴｉＯ２掺杂的Ｎｂ２Ｏ５薄膜最佳；过量掺杂则使Ｎｂ２Ｏ５薄膜的氧敏特性明显变差。在５ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中再掺入少量的Ｐｔ（０３％０５％）可使其氧敏特性更好，而且其响应时间大大缩短。Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ）和Ｘ射线光电子谱（ＸＰＳ）分析表明，在退火后的ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中Ｎｂ２Ｏ５为单斜（Ｍｆｏｒｍ）结晶相，而掺杂的Ｔｉ以非晶的ＴｉＯ２形式存在，即使在高达３４ｍｏｌ％ＴｉＯ２Ｎｂ２Ｏ５薄膜中也不例外。纯ＴｉＯ２膜为金红石结构。不同退火温度（９００１１０００Ｃ）对薄膜的氧敏特性和结构无明显影响。     

锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料的制备及其性能研究

以纳米锐钛矿型TiO2粉体作为主要原料,锌沸石作为载体,铈离子为掺杂离子,采用浸渍法制备锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料,运用抑菌圈法对其抗菌性能进行评价,用紫外光谱对比纯纳米TiO2抗菌材料和锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料的光催化效果。结果表明,纳米TiO2与硝酸铈的物质的量比为40∶1、反应时间为0.5h、焙烧温度为300℃、pH=3条件下抗菌性能最佳,抑菌圈直径达到34.63mm。锌沸石-Ce/TiO2抗菌材料样品对于大肠杆菌具有明显的抑杀效果。     

铜掺杂纳米二氧化钛颗粒的相变研究

采用溶胶-凝胶法制备铜掺杂的纳米二氧化钛颗粒。应用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)技术对纳米二氧化钛颗粒的物相组成、平均晶粒尺寸、微观结构、化学态及光吸收性能进行表征。结果表明:Cu掺杂抑制TiO_2的相变,在650℃时Cu的氧化物CuO在TiO_2颗粒表面出现,掺杂的Cu离子以Cu^+的形式存在。掺杂Cu的TiO_2光吸收带边显著红移,随着Cu掺杂量的提高,样品光吸收度提高,随着温度的升高,样品紫外-可见光光谱吸收带边红移。