氮掺杂改性二氧化钛光催化剂的研究进展

综述了近年来国内外利用氮掺杂改性二氧化钛的光催化剂性能、提高可见光的利用效率的最新研究进展；分析和讨论了氮掺杂二氧化钛的制备方法、理论计算和结构模型、掺杂机理等；总结了氮掺杂改性二氧化钛存在的问题，同时讨论了今后的研究方向．     

氮掺杂纳米二氧化钛的制备及其光催化性能

以三乙醇胺为氮源采用水热法制备了氮掺杂纳米TiO2光催化剂,采用XRD、TEM和UV—vis／DRS分析、表征氮掺杂对TiO2微晶尺寸、晶体结构、表面组成与光学性能的影响,并通过降解甲基橙溶液研究其光催化活性。结果表明：制得的氮掺杂二氧化钛均为锐钛矿型,粒径约为10nm,a掺杂引起光催化剂的吸收波长向可见光区红移。当pH=11．0,300℃焙烧3h时制得的氮掺杂TiO2光催化活性最强,甲基橙50min的降解率达98％。     

氮掺杂对二氧化钛光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以硝酸铵为氮源,制备了氮掺杂二氧化钛薄膜,通过紫外可见吸收光谱(UV-VIS)、扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)对氮掺杂二氧化钛进行表征,并以亚甲基蓝为降解模型,探讨了氮掺杂对二氧化钛光催化性能的影响。结果表明:当氮掺杂量为11%、煅烧温度为450℃时,其吸收光谱明显发生红移,样品的光催化活性最好。随着氮掺杂量的增加,薄膜的催化性能先增后减,主要原因是氮掺杂会影响晶相颗粒的生长和产生缺陷,薄膜表面更加粗糙,比表面积增大。煅烧温度对薄膜的催化性能的影响也呈现先增后减,因为煅烧温度会影响二氧化钛晶型的转变和结晶度的变化。     

改性纳米二氧化钛的探讨

用溶胶-凝胶法制备了掺有钼元素的二氧化钛溶胶,将它和没有掺杂的二氧化钛溶胶一起用紫外分光光度计扫描发现:掺杂的二氧化钛溶胶的吸收波段红移了。用均匀沉淀法制备的分别掺有硒、镧、铈的纳米二氧化钛,它们对甲基橙的降解能力依次降低,但与没掺杂的产品比较,其光催化降解能力都增强了。在掺杂量小于1%时,掺入硒效果最好。     

掺钇纳米二氧化钛光催化降解甲基橙的研究

采用金属钇掺杂改性,以钛酸四丁酯为主要原料,在室温下,利用溶胶-凝胶法制备了Y3+掺杂纳米TiO2光催化剂,通过X射线衍射分析(XRD)方法分析其改性机制;掺钇纳米TiO2光催化剂经太阳光照射后,用分光光度计测量光催化降解反应后甲基橙溶液浓度的变化,考察其光催化活性;研究了掺杂量和焙烧温度对光催化活性的影响。结果表明,Y3+掺杂能有效地抑制锐钛矿型TiO2向金红石型TiO2的转化,可使纳米TiO2的衍射峰宽化,粒径从80.5 nm降低到42.15 nm,掺杂量为1.2%,焙烧温度在400℃左右时,能够有效地提高TiO2光催化剂光催化活性。     

纳米二氧化钛掺杂改性后的光催化性能的评价

考察了掺杂改性后纳米TiO2的光催化性能,在产品光催化活性的测定中,选择甲基橙作为降解的模型化合物,提高了光催化降解效率,降解和脱色效果都比较好。     

负载型氮掺杂二氧化钛在流化床反应器中降解有机物的研究

采用Sol-Gel浸涂法制得负载于γ-Al2O3空心球表面的N/TiO2,应用于自制流化床反应器,考察了浸涂方式、有氧、无氧状态以及外加H2O2对降解效果的影响。结果显示:在卤钨灯照射下,负载型N/TiO2显示出一定的光催化活性;多层交叉浸涂、有氧状态及外加H2O2均提高了光催化活性。     

微波助离子液体中氮掺杂TiO2催化剂的制备及其微波强化光催化活性

在室温离子液体介质中,采用溶胶-凝胶法以及微波干燥的方法制备了氯掺杂的光催化剂TiO2-N。在室温条件下,以甲基橙为模拟污染物,在微波超声波组合催化合成仪中,分别利用微波辐射（MW）、紫外光照（UV）和微波辐射一紫外光照（MW—UV）三种降解方式,主要考察了N掺杂量、微波干燥功率、微波干燥时间、煅烧温度和煅烧时间等因素对TiO2-N光催化活性的影响。结果表明,在离子液体用量为5．6mL、N掺杂量n（N）／n（Ti）=3：1、微波干燥功率210W、微波干燥时间20min、煅烧温度600℃、煅烧时间2h的条件下所制得的TiO2-N光催化剂具有较高的光催化活性;TiO2-N光催化剂在三种降解方式下对甲基橙的降解效果为：MW—UV〉UV〉MW,这表明微波与紫外光照有较好的协同作用,即微波一紫外光照具有强化TiO2-N催化剂降解甲基橙的效果。     

过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能研究进展

随着环境污染的日益加剧,光催化技术可利用自然光降解大气或水体中的污染物,是解决环境污染问题最有效的手段之一。二氧化钛(TiO_2)因具有光催化活性高、稳定性好及无毒等优点,应用前景较好;但TiO_2的带隙过宽且光生电子与空穴易复合,在光催化领域的应用受到限制。对TiO_2进行掺杂改性并开发具有特殊结构的材料是目前光催化研究的热点。综述了近年来国内外在过渡族金属离子掺杂改性纳米二氧化钛光催化性能方面的研究进展,分析和比较了不同类型过渡族金属离子掺杂对TiO_2晶体结构及光催化性能的影响,并对其作用机理进行了讨论,评价了影响掺杂纳米TiO_2光催化性能的关键因素,同时针对过渡族金属离子掺杂改性存在的问题提出了建议,为纳米TiO_2光催化技术的发展提供参考。     

掺镧纳米二氧化钛的光催化性能研究

本课题研究了掺镧纳米二氧化钛的物理特性及光催化活性，探讨了它们之间的关系，通过对甲基橙和罗丹明两种不同结构物质的降解实验，发现掺镧纳米TiO2光催化性能具有广泛性，用于实际印染废水处理，再次验证掺镧能提高TiO2的光催化效能，其中掺镧量为0.02%(质量比，下同）的光催化效果最好。     

镱掺杂TiO_2光催化剂的制备工艺研究

采用溶胶凝胶法制备了镱掺杂TiO2纳米光催化剂,并通过XRD、IR和BET对样品进行表征。在紫外光照射下,以罗丹明B为光催化目标降解物,考察了催化剂的光催化性能。结果表明:Yb/TiO2比纯TiO2具有更好的光催化活性。制备Yb/TiO2光催化剂的最佳条件是:n(Yb)/n(Ti)为1.0%,HAc为3mL,溶液pH值为1.4,PEG为0.5g,湿凝胶陈化时间为2d,干燥时间为12h,干凝胶煅烧温度为600℃,煅烧时间为3h,此条件下制备出的Yb/TiO2能使罗丹明B的降解率达到88.9%。结构表征说明掺镱二氧化钛粉体降低了TiO2的颗粒粒径,增加了比表面积,提高了光催化活性。     

XPS研究共掺杂TiO2可见光光催化活性

利用X-射线光电子能谱(XPS)分析掺杂元素对二氧化钛中O1s和Ti2p的结合能峰的变化。从实验数据求出△(O-Ti)值,分析变化的原因。数据显示:共掺杂后△(O-Ti)的值的变化范围为71.2～71.5 eV之间,掺杂后△(O-Ti)值大于纯TiO2。可见光光催化氧化4-氯苯酚结果表明:随着△(O-Ti)值的增大,可见光光催化活性逐步提高。     

镱镧共掺杂二氧化钛光催化降解染料废水

采用溶胶-凝胶法制备镱镧共掺杂光催化剂Yb-La/TiO2,在紫外灯照射下,对罗丹明B模拟染料废水进行光催化降解研究,优化了光催化的反应条件。结果表明,催化剂用量2 g/L,溶液pH值为6,光照时间2.5 h,染料废水的起始浓度为10 mg/L时,染料废水的降解率可达96.71%;在上述体系中加入0.2 g/L的双氧水,在pH值为3⁴时,光照时间2 h,染料废水的降解率可达97.02%,可提高光催化效率。     

硅粉直接氮化反应合成氮化硅研究

研究了硅粉直接氮化反应合成氮化硅粉末的工艺因素(包括硅粉粒度、氮化温度、成型压力、稀释剂含量等),借助XRD,SEM等测试手段测定和观察了氮化产物的物相组成和断口形貌.研究结果表明:硅粉在流动氮气氛下,高于1200℃氮化产物中氮含量明显增加;在氮化反应同时还伴随着硅粉的熔结过程,它阻碍硅粉的进一步氮化,其影响程度与氮化温度、氮化速度,素坯成型压力及硅粉粒度等工艺因素有关.在硅粉素坯中引入氮化硅作为稀释剂,提高了硅粉的氮化率,使产物中残留硅量降低;同样在实际生产中可以通过控制适当热处理制度(如分段保温、慢速升温),达到硅粉的完全氮化.在生产中批量合成了含氮量为32.5%,残留硅量为0.05%,主要为α相,含少量β相的针状、柱状的氮化硅.     

Aluminum Nitride Prepared by Nitridation of Aluminum Oxide Precursors

Aluminum nitride (AlN) powders were prepared from the oxide precursors aluminum nitrate, aluminum hydroxide, aluminum 2-ethyl-hexanoate, and aluminum isopropoxide (i.e., Al(NO₃)₃, Al(OH)₃, Al(OH)(O₂CCH(C₂H₅)(C₄H₉))₂, and Al(OCH(CH₃)₂)₃). Pyrolyses were performed in flowing dry NH₃ and N₂ at 1000°–1500°C. For comparison, the nitride precursors aluminum dimethylamide (Al(N(CH₃)₂)₃) and aluminum trimethylamino alane (AlH₃·N(CH₃)₃) were exposed to the same nitridation conditions. Products were investigated using XRD, TEM, EDX, SEM, and elemental analysis. The results showed that nitridation was primarily controlled by the water:ammonia ratio in the atmosphere. Single-phase AlN powders were obtained from all oxide precursors. Complete nitridation was not obtained using pure N₂, even for the non-oxide precursors.     

硅烷偶联剂对纳米TiO2表面改性的研究

筛选了最佳表面处理剂为硅烷偶联剂(KH570),研究了偶联剂用量、pH值、时间等因素对纳米TiO2有机化表面改性的影响.采用亲油化度实验、红外光谱、透射电镜等手段表征了纳米二氧化钛的改性效果和结构.实验结果表明:KH570以化学键合的形式结合于纳米TiO2表面,当硅烷偶联剂用量为10%、pH值为6.5、处理时问为1.0-1.5 h时,TiO2的有机化表面改性效果最好,TiO2在乙醇中达到纳米级的分散.     

液相沉积法制备TiO2薄膜及杀菌性能

采用液相沉积法（LPD）在玻璃的表面制得透明的TiO2薄膜,以XRD和SEM等方法对薄膜的物相、结构、形貌和光催化性能进行表征。通过热处理后TiO2薄膜对金黄色葡萄球菌（S．Aureus）和大肠杆菌（E．Coli）杀菌试验研究发现,在自然光照射下经热处理的TiO2薄膜具有良好的杀菌活性,400℃热处理的薄膜杀菌性能最优,在24h内可达到99％。同时对TiO2薄膜的杀菌机理进行了初号分析。     

微乳法制备纳米二氧化钛及结构表征

以硫酸法钛白粉生产中间产物偏钛酸为原料,采用微乳法制备纳米二氧化钛粉体,研究表面活性剂加入量、沉淀剂加入量对颗粒粒径的影响,采用透射电镜（TEM）对颗粒的形貌进行表征,及X射线衍射仪（XRD）对制备颗粒的晶相成分进行分析。结果表明：制备的二氧化钛粉体晶型良好,粉体颗粒分布均匀,粒径为20-60nm。     

Synthesis of Aluminum Nitride Nanopowder by Gas-Reduction–Nitridation Method

Aluminum nitride (AlN) nanopowder was successfully synthesized from transition alumina nanopowder using an NH₃–C₃H₈ gas mixture as a reduction–nitridation agent. Phase-pure, nanocrystalline AlN powder with a specific surface area of 36.4 m²/g and a mean particle size of 51 nm was prepared under typical reaction conditions. The resulting AlN nanopowders possessed excellent sinterability, allowing full densification in conventional processing, even without the addition of sintering aids.