Ta掺杂提高TiO_2光催化效率及对微观结构的调制

采用Ta元素掺杂TiO_2光催化剂,研究掺杂引起的光催化效率变化、微观结构改变和催化剂改性的机制。采用溶胶凝胶法制备不同浓度的Ta元素掺杂纳米TiO_2光催化剂,并通过降解罗丹明B表征其光催化性能。通过X射线衍射、拉曼光谱和X射线光电子能谱分析Ta掺杂纳米TiO_2催化剂晶相、微观结构、元素组成和化合价等。结果表明:Ta掺入纳米TiO_2催化剂后,Ta原子将取代Ti的位置,以Ta~(5+)形式存在于TiO_2晶格中,促进掺杂样品中形成氧空位,可以有效提高电子密度,并抑制光生载流子复合,从而提高催化效率。当掺杂比例n_(Ta)/n_(Ti)为3%时,光催化效率最高,光照2 h对罗丹明B降解率高达83.8%,是未掺杂样品的2倍以上。     

磁控溅射Nb掺杂TiO_2薄膜的研究

用射频/直流溅射法研制了铌掺杂TiO_2透明导电薄膜。实验结果表明:Nb以正五价态掺入TiO_2晶格中,随着Nb掺杂量的逐渐增加,薄膜的电阻率出现先降后升的变化,在掺杂溅射功率为40 W时,薄膜电阻率降至7.3×10-4Ω·cm,可见光透过率高达86%以上。并且,Nb掺杂使TiO_2薄膜的吸收限产生了蓝移,随着Nb掺杂量的增加,薄膜蓝移程度逐渐增大,说明该TiO_2薄膜为n型掺杂。研究认为,控制Nb掺杂量达最佳时,使晶格中产生较多的载流子,以及良好晶体结构产生较大的载流子迁移率,能使Nb掺杂TiO_2透明导电薄膜的性能参数得到有效改善。     

纳米TiO_2/环境矿物复合材料的制备及应用研究

系统论述了国内外纳米TiO_2/环境矿物复合材料的研究和应用现状,重点介绍了纳米TiO_2负载的环境矿物种类、制备方法及其在环保方面的应用。纳米TiO_2负载环境矿物的制备方法主要有溶胶-凝胶法、粉体烧结法、掺杂法、浸渍法、气相沉积和液相沉淀法等。纳米TiO_2/环境矿物复合材料主要应用于废水处理降解有机污染物、分解环境中有害气体和有害微生物。最后提出了纳米TiO_2/环境矿物复合材料还需深入研究的问题,并展望了其发展前景。     

溶胶-凝胶法制备xLa-3%In-TiO_2光催化材料

采用溶胶-凝胶法制备xLa-3%(摩尔分数,下同)In-TiO_2光催化材料,对其进行XRD,SEM,比表面,孔径分布表征和光催化活性评价。结果表明:所制备的样品为四方晶系锐钛矿结构,掺杂La和In样品的TiO_2晶粒尺寸有所减小。In3+,La3+以置换Ti 4+的方式进入TiO_2晶格中。掺杂La后材料的比表面积增大,平均孔径减小。xLa-3%In-TiO_2的孔径主要分布在1.5~10nm范围内。La的掺杂明显提高了材料的光催化活性,甲基橙在0.3%La-3%In-TiO_2和3%InTiO_2上的光催化反应速率常数分别为0.061,0.029min~(-1)。甲基橙分子中的显色基团在光催化过程中可以完全降解。     

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。     

N掺杂TiO_2薄膜的光催化性能研究

开发具有可见光活性的光催化剂,在污染物处理和光能转换等方面,都有很大的应用价值。掺杂改性则是实现TiO_2可见光活性的重要手段之一。文献表明,在非金属元素掺杂中,N掺杂效果最为理想,已经成功地将光响应波长红移到可见光区,取得了很好的光催化活性。目前所制备的N掺杂TiO_2光催化剂主要有粉末和薄膜两种。粉末状催化剂较易制备,但存在难以回收的缺点;而采用简单方法制备高催化效率的薄膜仍存在一些困难。采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂改性的TiO_2薄膜以及SiO_2/TiO_2、FeCe/SiO_2/TiO_2等类型的复合薄膜,研究了镀膜的类型和层数、热处理温度和气氛,尿素、硫脲等不同氮源和掺杂量对薄膜光催化性能的影响;并且采用XRD、SEM、XPS、AES等分析了膜层的成分、相结构、表面形貌、膜厚、附着力,结合掺杂离子的类型、浓度、能级、电子构型、半径和化合价等因素,研究工艺条件对TiO_2的能带、异质结构的影响,研究了玻璃薄膜光催化活性变化的机理,特别是对TiO_2吸收边红移的作用机理。     

铜掺杂TiO_2光催化剂的制备及光催化亚甲基蓝研究

利用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯、硝酸铜为原料制备了不同质量分数铜掺杂的TiO_2光催化剂,采用X射线衍射仪(XRD)、比表面积及孔径测定仪(BET)、热失重分析仪(TG-DTA)、扫描电镜(SEM)、X射线能量散射谱仪(EDS)和透射电镜(TEM)对其进行了表征。结果表明,铜掺杂进入TiO_2晶格,掺杂后TiO_2在400~600℃之间为锐钛矿型结构,700℃时为金红石型结构,掺杂后比表面积降低。以制备的铜掺杂TiO_2光催化剂对亚甲基蓝进行光催化降解实验,结果表明,亚甲基蓝的降解率显著提高,当铜掺杂质量分数为0.3%时,TiO_2光催化剂4h可降解亚甲基蓝90%左右。     

SiO_2/TiO_2复合材料的制备、表征及光催化罗丹明B的研究

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯和硅酸乙酯为原料制备了SiO_2/TiO_2复合材料,并进行表征。X射线衍射结果表明:SiO_2掺杂后TiO_2复合材料在700℃没有金红石型结构出现;红外光谱分析显示:TiO_2与SiO_2是以化学键方式键合;热重分析结果表明:掺杂后复合材料的热稳定性提高;从N2吸附-脱附曲线可以看出,掺杂后复合材料的比表面积比纯TiO_2均有不同程度的增大。以制备的SiO_2/TiO_2复合材料对罗丹明B进行光催化降解实验,结果表明,掺杂后可以明显提高降解率,从纯TiO_2的50%左右,提高到92%以上,主要是掺杂的SiO_2作为吸附单元,TiO_2作为光催化中心,协同效应使TiO_2周围的罗丹明B的分子浓度增加,接触几率增加,提高了降解率。     

Zr-TiO_2光催化剂的制备与表征及其性能研究

以钛酸四丁酯为前躯体,硝酸锆为掺杂剂,采用溶胶-凝胶法制备了Zr掺杂TiO_2纳米晶光催化剂(ZrTiO_2),并利用X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对其结构及物化性能进行了表征分析,探讨了其可能的掺杂机制。XPS结果表明:Zr取代TiO_2晶格中的部分Ti 4+以Zr4+形式存在。XRD和UV-Vis DRS分析表明:Zr掺杂促进了金红石和板钛矿型TiO_2向锐钛矿相的转变,抑制了晶粒的生长,且光吸收带边发生明显"红移"。以罗丹明B为探针分子,研究了Zr-TiO_2的可见光催化活性。结果表明,Zr掺杂量为2.0%(摩尔百分数)时,Zr-TiO_2样品的可见光催化活性最佳。可见光下辐射120min对罗丹明B的降解率可达83%。     

TiO2和WO3复合掺杂金属陶瓷的致密化及抗高温氧化性

采用真空烧结技术制备TiO_2和WO_3复合掺杂17Ni/(NiFe_2O_4-10NiO)金属陶瓷试样,研究TiO_2和WO_3复合掺杂剂对试样物相组成、显微组织、烧结致密化和抗高温氧化性的影响。结果表明:TiO_2和WO_3复合掺杂后无新相生成,而是固溶到NiFe_2O_4晶格中,产生晶格畸变和空位,使致密度提高;TiO_2和WO_3复合掺杂有利于17Ni/(NiFe2O_4-10NiO)金属陶瓷形成更加致密的具有氧化保护性的致密层,阻碍金属Ni向外迁移,提高试样的抗高温氧化性,其中TiO_2和WO_3复合掺杂量为2%(比例为3∶1)和3%(比例为1∶3)时,试样的抗高温氧化性最好,其氧化30h后的氧化层厚度大约为80μm,比未掺杂试样降低了38.46%。