TiO2/石墨烯纳米复合材料的合成及其光催化应用研究进展

以石墨烯材料修饰TiO2半导体光催化材料能够促进电子-空穴的有效分离,增大半导体表面的氧化物种富集程度,提高光催化活性。因而石墨烯-TiO2复合材料在光催化领域中被广泛研究。综述了TiO2负载在石墨烯膜/片上结构、TiO2-石墨烯异质结结构、TiO2-石墨烯核-壳式结构、TiO2-石墨烯及其他掺杂物纳米复合材料的制备,及其在光催化应用中的最新研究进展。     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

电化学制备石墨烯/纳米TiO2复合材料及光催化性能

在恒定直流下,采用高纯石墨棒为原料,混合无机酸溶液为电解液,采用一步电化学剥离法制备石墨烯（G）,所制备的G可稳定分散在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶液中。以钛酸丁脂和G为前驱物,采用溶胶-凝胶法在N₂氛围和高温加热下制备出G/nano TiO₂复合光催化材料;利用XRD、FTIR、紫外-可见分光光度计（UV-Vis）、XPS、SEM和TEM等技术对G和G/nano TiO₂复合材料进行了结构性能及微观形态表征。以3,5-二硝基水杨酸（DNS）为探针物,研究了在缺氧的水体中G/nano TiO₂不同投加量的光催化效率与DNS降解机制。结果表明：采用恒压一步电化学剥离法所制备的G层与层之间剥离程度良好,片层通透性较高,六碳环上生成的含氧活性基团较少,G共轭π键结构保持良好;所制备的G/nano TiO₂复合材料中TiO₂结晶良好,颗粒紧密结合,且被固定在有褶皱的G上;降解实验发现,G/nano TiO₂复合材料具有降解DNS良好性能,且投加量对其光催化活性有直接的影响;在缺氧状态下,DNS主要发生光催化还原反应,使苯环上的硝基还原成氨基,生成5-氨基水杨酸和苯三酚等中间产物,部分发生光催化氧化反应,生成CO₂和H₂O。     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

石墨烯修饰氮掺杂TiO2纳米材料的制备及光催化性能

以TiN粉末煅烧制备的氮掺杂纳米TiO_2(N-TiO_2)和氧化石墨烯为原料,在水热条件下制备了石墨烯修饰的氮掺杂TiO_2纳米材料(GNT)。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)及X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对所制备的样品进行了表征。紫外-可见漫反射吸收谱表明石墨烯与氮掺杂的共修饰使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明石墨烯修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是TiO_2、N-TiO_2的4.3倍和1.9倍。     

TiO2/石墨烯基复合材料的制备及光催化降解染料研究

采用改进Hummers法制备氧化石墨烯(GO)和水解法制备的TiO₂及溶剂热法制备了还原氧化石墨烯(rGO)和一系列不同浓度的rGO/TiO₂纳米复合材料(0、5%、10%、15%、20%质量分数),并对合成产物进行SEM、XRD、XPS、DRS、Raman等表征,研究不同实验条件下纯TiO₂和rGO/TiO₂复合催化剂对亚甲基蓝染液(MB)的降解效果。结果表明,复合光催化剂中TiO₂主要为锐钛矿相,溶剂热合成引入的还原氧化石墨烯(rGO)对TiO₂的物相没有产生影响,rGO的引入使得rGO/TiO₂吸收带发生一定红移,TiO₂禁带宽度由3.23降低至3.09 eV;合成的(15%质量分数)rGO/TiO₂具有最佳的光催化效果,光催化活性最高,在100 W高压汞灯照射下70 min对20 mg/L的亚甲基蓝染料的降解率达97.6%;在500 W氙灯光源下照射70 min对20 mg/L亚甲基...     

TiO2光催化活性的研究进展

综合国内外有关文献,介绍了近年来为提高TiO2光催化活性所进行的研究工作,包括TiO2晶粒尺寸、晶型对其光催化活性的影响等方面的基础研究,以及表面金属沉积、金属离子掺杂、半导体复合、表面强酸处理、半导体表面光敏化等修饰方法对TiO2的改性研究.     

纳米TiO2光催化材料在环境土壤修复中的应用研究进展

近年来对土壤污染的综合治理和修复已经成为环保领域的一个研究热点,光催化技术修复污染土壤是一种操作简便、费用低廉、无二次污染和具有广阔发展前景的新兴技术。分析了光催化技术修复污染土壤的原理,并综述了近年来纳米 TiO2光催化材料在土壤有机物污染物(农药、芳香族类和石油类等)的降解以及重金属离子(Ag+、Cr6+等)的光催化还原研究进展,并提出了未来的发展方向和建议。     

纳米TiO2建筑材料光催化净化室内甲醛研究进展

纳米TiO2建筑材料应用于现代家庭室内装饰装修,可以净化室内空气,尤其是甲醛。探讨了TiO2光催化降解室内甲醛气体的机理,重点对玻璃、陶瓷、涂料、板材这四种建筑材料在光催化净化室内甲醛气体的应用做了介绍;详细讨论了纳米TiO2建筑材料光催化活性的主要影响因素是光照强度、相对湿度、气体流速、初始浓度等,并提出金属离子掺杂、阴离子掺杂、共掺杂、贵金属沉积和半导体复合的方法来提高TiO2光催化活性;最后对在实际应用中提高TiO2的可见光利用率以及TiO2与建筑材料之间的相互作用机理研究方面进行了展望。     

电弧离子镀纳米TiO2光催化薄膜

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2薄膜,AFM、XRD分析TiO2薄膜表面形貌和结构,结果表明经过500℃退火后TiO2薄膜主要为锐钛矿结构.对纳米TiO2薄膜进行了亲水性研究和光催化降解有机物甲基橙和罗丹明B的研究,发现在紫外光照射下纳米TiO2薄膜表现出强光催化活性和超亲水性.     

水热合成的MoS2/石墨烯/N-TiO2复合材料的可见光催化性能

以氧化石墨烯(GO)、钼酸、硫脲和TiN为原料,成功制备了MoS_2/石墨烯/N-TiO_2(MGNT)复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段测试分析了样品的物相组成、形貌、成分和光吸收性能。紫外-可见漫反射测试结果表明,MoS_2、石墨烯共同修饰及氮掺杂使得TiO_2的吸收带边发生红移,且其可见光吸收性能明显提高。可见光照射下降解亚甲基蓝溶液的实验结果表明,MoS_2/石墨烯共同修饰的氮掺杂TiO_2的光催化降解性能分别是氮掺杂TiO_2(NT)和石墨烯修饰氮掺杂TiO_2(GNT)的1.82倍和1.59倍,其吸附性分别为氮掺杂TiO_2、石墨烯修饰氮掺杂TiO_2的11.14倍和4.77倍。     

硅藻土/TiO2复合光催化剂制备及表征

以硅藻土和TiCl4为原料,采用水解沉淀法制备了硅藻土/TiO2复合光催化剂。采用XRD、SEM、FTIR和TGA对复合材料进行表征,考察反应温度、硅藻土用量对复合光催化剂结构的影响。结果表明,当反应温度为30℃、硅藻土与TiO2质量比为2∶1时,生成锐钛矿型TiO2,其平均粒径为19.64nm,且大多被吸附进硅藻土的孔隙内;复合光催化剂热稳定性良好,800℃失重率仅为5%。     

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.     

纳米TiO2/SiO2负载棉织物的制备及其光催化降解染料的研究

将纳米TiO_2水溶胶和纳米SiO_2水溶胶复配制备环境净化整理剂,并通过轧烘焙工艺对棉织物进行后整理得到纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物,然后将其用于不同结构有机染料的光催化降解反应中,重点考察纳米SiO_2的添加量对其在不同pH值反应体系中的光催化降解性能以及重复利用性的影响。结果表明,纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物对不同结构的有机染料具有显著的光催化降解性能,能够促进染料分子的共轭体系和芳香环结构的降解反应。纳米SiO_2的添加不仅有利于纳米TiO_2/SiO_2负载棉织物在碱性介质中光催化降解性能的提高,而且也能够改善其重复利用性。     

水热法制备TiO2纳米棒阵列及应用研究进展

TiO_2纳米棒阵列由于具有电子传输率高和光散射效应强等优异的特性,从而在太阳能电池、光催化、光解水制氢等领域中具有广阔的应用前景。主要从水热法制备工艺及生长机理、形貌优化及改性和应用几个方面综述了TiO_2纳米棒阵列的研究进展,并对今后的研究趋势进行展望。     

Pt-Cu2O/TiO2复合催化剂的制备及光催化制氢活性

采用化学沉积法制备了Cu_2O/TiO_2复合光催化剂。通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)表征复合催化剂的微观形貌、元素组成、结构和光学特性。以H_2PtCl_6为无机前驱体对复合材料进行Pt负载,研究了不同Cu_2O含量对制氢活性的影响及不同光源下的制氢活性。结果表明,该复合催化剂表现出较好的光催化制氢活性,当Cu_2O的含量为1%(质量分数)时,氢气的产生量最高。     

一维TiO2纳米材料的制备及其光催化性能研究

采用水热法,通过改变水热温度成功制备出一系列一维TiO₂纳米管、纳米线和纳米带。运用X射线衍射、透射电子显微镜、N₂吸附-脱附和紫外-可见光谱等手段表征了材料的结构和性质,并考察了一维TiO₂样品光催化降解气相苯的活性。结果表明,一维TiO₂纳米材料具有较高的比表面积,光吸收出现明显的“蓝移”,光催化活性较P25有所提高,其中140 ℃水热温度下制备出的TiO₂纳米管的光催化活性最佳,80 min内对气相苯的去除率为77%,终产物CO₂的浓度为625 mg/m³。     

Graphene Wrapped TiO2 Based Catalysts with Enhanced Photocatalytic Activity

Reduced graphene oxide (RGO) wrapped titanium dioxide nanocrystals (TiO₂ NCs@RGO) with oxygen vacancies (Vo) and Ti³⁺ defects have been synthesized by electrostatically wrapping GO around TiO₂ NCs followed by thermal annealing at 400 °C. Transmission electron microscope observations have shown that TiO₂ NCs@RGO has a unique crystalline core/crystalline shell structure, which is different from the original amorphous TiO₂ covered TiO₂ NCs. Raman spectroscopy, X‐ray photoelectron spectroscopy, and electron paramagnetic resonance have demonstrated that Vo‐Ti³⁺ species are more readily formed in TiO₂ NCs@RGO than in TiO₂ NCs. As a result, TiO₂ NCs@RGO exhibits enhanced optical absorption in a wide wavelength range from visible light to near IR and red‐shifted absorption edge. In the photocatalytic degradation reaction of methyl orange, the photodegradation rate constant for TiO₂ NCs@RGO is 2.4 times higher than that of TiO₂ NCs. The enhanced photocatalytic performance can be attributed to the improved charge separation at the interface of TiO₂ NCs and RGO layer and the enhanced optical absorption in visible light region due to the donor levels of the defects such as Vo‐Ti³⁺ species. This work establishes a new method for preparing Vo defect contained TiO₂ catalysts.     

Photocatalytic decolorization of methylene blue in the presence of TiO2/ZnS nanocomposites

The synthesis of distinct nanocrystalline TiO2 capped ZnS samples was carried out using a chemical deposition method. The materials characterization showed that the presence of ZnS onto TiO2 surface results in a red shift of the material band edge when compared with the initial semiconductor. The photocatalytic activity of the prepared nanocomposites was tested on the decolorization of methylene blue (MB) aqueous solutions. The dye photodecolorization process was studied considering the influence of experimental parameters such as catalyst concentration, TiO2/ZnS ratio, pH and methylene blue adsorption rate. The material with the best catalytic activity towards the methylene blue photodecolorization was the TiO2 doped with 0.2% of ZnS. The complete photodecolorization of a 20ppm methylene blue solution, at natural pH was achieved in less than 20min, nearly 70min faster than the TiO2 photoassisted process.