硫掺杂TiO_2空心球制备及光催化性能研究

以聚苯乙烯-丙烯酸羟乙酯共聚(P(StHEA))微球为模板、钛酸四丁酯和硫脲为主要原料,制备了硫掺杂二氧化钛(S-TiO2)空心球,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和X光电子能谱(XPS)表征产物的形貌、晶型以及硫元素的掺杂状态,并以甲醛溶液模拟废水,研究了S-TiO2空心球的紫外光催化性能。结果表明,煅烧去除了P(St-HEA)微球模板,成功得到TiO2空心球,硫元素掺杂对TiO2空心球的粒径和形貌影响不大。STiO2空心球锐钛矿型晶粒的尺寸缩小,晶型由纯的锐钛矿型转化为锐钛矿/金红石型混合晶型。硫脲引入的硫离子,以S4+状态取代TiO2晶粒中的Ti4+离子,形成Ti1-xSxO2固溶体。S-TiO2空心球光催化性能优于TiO2空心球,且空心球的光催化性能优于粉体P25。STiO2空心球在紫外光下照射2 h,降解甲醛的催化效率为60%。     

锌铈共掺杂二氧化钛纳米材料制备与表征及其抗菌性能的研究

采用溶胶-凝胶法, 在不同的焙烧温度下合成锌/铈共掺杂二氧化钛纳米材料。用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)对样品进行了表征。采用抑菌环法, 以大肠杆菌为实验菌种, 对Zn/Ce-TiO₂纳米材料抗菌性能进行检测。结果表明: 样品的结晶度和晶相完全取决于焙烧温度的高低; 部分锌进入二氧化钛晶格中, 其余掺杂离子以CeO₂和Zn₂Ti₃O₈形式存在; 与暗态下相比, 在可见光激发下, Zn/Ce-TiO₂纳米材料具有超强的抗菌性。对锌/铈共掺杂作用机制进行了深入探讨。     

微乳液法制备掺杂铁的纳米二氧化钛及其表征

为了研究掺杂铁的纳米二氧化钛的性质,以TiCl4为原料,在CTAB/正丁醇/环己烷/水组成的微乳液体系中制备了掺杂铁的TiO2纳米粉末。采用热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射分析(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和比表面分析仪(BET)等对粉体的结构、粒径大小、物相、形貌和比表面积等进行了表征。经600℃焙烧2h后,0.04%Fe3+-TiO2粉末为单一的锐钛型结构,其平均晶粒度约为16nm,比表面积达120.4m2.g-1,D101为16.1nm。由于在XRD图谱上未发现有新相的生成,因此,Fe3+经过焙烧渗入到了二氧化钛的晶格中,掺杂所引起的变化主要是由于Fe3+渗入TiO2晶格所引起的。     

铒掺杂二氧化钛制备及其光催化性能研究

通过水热合成法制备了二氧化钛和稀土饵离子掺杂二氧化钛光催化剂,并通过X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计等测试手段对产物结构和性能进行了表征,研究了不同二氧化钛质量浓度、饵离子掺杂浓度对次甲基蓝(MB)光催化性能的影响.结果表明,所制备的二氧化钛的晶型为锐钛矿型;饵离子掺杂的二氧化钛对比纯二氧化钛的光催化性能有显著提高.当二氧化钛质量浓度为3g/L时,对MB的降解效果最好;通过研究饵离子掺杂对MB光催化动力学模型,表明饵离子掺杂有较高的一级反应速率Kapp,且饵离子最佳掺杂量为5%.     

双元共掺杂Bi1-xLax(Fe0.95Mn0.05)O3多铁性材料的磁性研究

采用溶胶-凝胶法制备了Bi1-xLax(Fe0.95Mn0.05)O3(x=0,0.10,0.15)多晶样品。X射线衍射实验表明La、Mn离子共掺杂没有改变样品的四方晶格结构。X射线能量色散分析显示样品的化学组分几乎不变。Mn离子掺杂或者是(La、Mn)离子共掺杂,导致铁酸铋材料的磁性增强。X射线吸收精细结构实验表明Mn3+的局域结构的改变是样品磁性增强的原因。     

Cu掺杂FeVO4光催化剂的制备及其光催化性能

为进一步提高钒酸铁(FeVO4)光催化活性,采用液相沉淀法分别制备钒酸铁和钒酸铜前躯体,再将钒酸铁和钒酸铜前驱体混合后进行热处理,制备了铜掺杂钒酸铁光催化剂,并采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、表面积(BET)和X射线光电子能谱分析(XPS)对样品进行表征和分析.在可见光照射下,通过光催化降解甲基橙溶液评价Cu掺杂对FeVO4光催化剂活的影响.结果表明,Cu/FeVO4光催化剂为三斜型,当掺杂质量分数大于5%时,晶体中出现新相Cu3Fe4(VO4)6;掺杂后样品的表面形貌产生了变化,但其比表面积变化较小;Cu/FeVO4样品的光催化活性大幅提高,主要是由于FeVO4和新相间起到类似复合半导体的作用;在所进行实验的条件下,钒酸铜的最佳掺杂质量分数为5%时,掺杂后的FeVO4对甲基橙溶液的脱色率较未掺杂前提高30%左右.     

掺铁二氧化钛纳米线的合成及其光催化性能

首次以钛酸丁酯、异丙醇等有机物为原料,在10M NaOH溶液中水解后,于180℃水热24h,一步法合成二氧化钛纳米线(TNWs),并用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等手段表征其形貌和结构。结果表明,所得TNWs焙烧到950℃时,仍为锐钛矿相,表明本制备方法迟滞了二氧化钛由锐钛矿相到金红石相的转变。此外,以甲基橙为目标降解物,在300 W汞灯照射下,研究了不同水热温度、保温时间及掺杂量对掺铁二氧化钛纳米线(Fe-TNWs)光催化性能的影响。结果表明,于750℃焙烧4h制备的掺铁摩尔百分数为0.5%的TNWs,具有最强的光催化降解性能,其降解速率和效率较未掺杂的样品都有了大幅度的提高。     

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。     

添加Fe3+对二氧化钛薄膜吸收光谱及光催化活性的影响

用阳极氧化法制备多孔状的纳米晶二氧化钛薄膜,通过往阳极氧化的电解液中添加Fe3 ,使其进入二氧化钛薄膜中,研究了掺杂Fe3 对二氧化钛薄膜吸收光谱和光催化活性的影响.在阳性氧化时通过往电解液中添加不同含量的Fe3 可以制得掺杂Fe3 浓度不同的薄膜,研究了掺杂Fe3 浓度不同对薄膜吸收光谱和光催化活性的影响.用X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外-可见吸收光谱仪和X光电子能谱对薄膜进行了表征.实验发现掺杂Fe3 使二氧化钛薄膜对入射光的吸收带边发生红移,讨论了其作用机制.     

高效CdS量子点敏化B/S共掺杂纳米TiO2太阳能电池的制备及光电性能研究

采用水热法制备硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂), 并配制成浆料, 利用丝网印刷技术在FTO导电玻璃上制备B-S-TiO₂薄膜; 用化学浴沉积(CBD)法制备了CdS量子点敏化B-S-TiO₂薄膜电极, 并用X射线衍射(XRD)、电子显微镜(TEM)、元素分析能谱(EDS)和紫外-可见光谱对其进行表征分析; 结果显示: B/S共掺杂不会改变TiO₂的晶型, 掺杂后的TiO₂吸收边带发生明显红移, 吸收强度显著增强; 同样用化学浴沉积的方法制备NiS工作电极, 用改性的聚硫化物((CH₃)₄N)₂S/((CH₃)₄N)₂S_n)电解液, 组装CdS量子点敏化硼硫(B/S)共掺杂纳米二氧化钛(B-S-TiO₂)太阳能电池, 并测试电池光电性能。测试结果表明, 在AM1.5G的照射下, 电池的能量转化效率(η)由3.21%增大到3.69%, 提高了14.9%, 电池获得高达 (V_oc)1.218 V的开路电压和3.42 mA/cm²的短路光电流(J_sc), 以及高达88.7%的填充因子(ff)。     

Er3+掺杂TiO2空心球的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氧化铒、硝酸等为原料, 采用碳球模板法制备了TiO₂: Er³⁺空心球材料, 利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等测试方法, 对样品的结构和形貌进行了表征。并利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了TiO₂: Er³⁺空心球材料在催化染料罗丹明B、亚甲基蓝、茜素红、甲基橙的脱色降解过程中的应用性能。系统研究了Er³⁺掺杂浓度、不同离子型染料和染料水溶液的pH等因素对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经600℃煅烧3 h制备的TiO₂: Er³⁺为锐钛矿晶型, 空心球结构, 尺寸均匀, 粒径约为120 nm, 比表面积约为60.5 m²/g; Er³⁺掺杂量为0.5mol%的样品对甲基橙染料的催化降解效率最高; 对四种不同离子型染料, 茜素红的催化降解效果显著, 在紫外光照射下, 催化效率较未掺杂Er³⁺的TiO₂提高了约30%。     

石墨/TiO2复合光催化剂的制备和性能

以石墨和纯的TiO₂为原料,采用球磨工艺制备了石墨/TiO₂复合光催化剂。使用XRD、SEM、TEM、XPS和DRS等手段对其性能进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,研究了石墨掺入量、球磨时间对复合光催化剂光催化活性的影响。结果表明,石墨/TiO₂复合光催化剂具有锐钛矿结构,球磨后TiO₂(101)面的衍射峰宽化并右移,TiO₂成为200 nm左右的不规则球状颗粒,在其表面均匀分布着石墨。TiO₂晶粒的Ti-O键的结合能变高,且表面有缺陷产生,使其在可见光区具有显著的吸收。石墨掺入量为5%、球磨时间为12 h的石墨/TiO₂样品对甲基橙具有优异的光催化降解效果,在70 min的降解时间内甲基橙的降解去除率可达95.08%。石墨/TiO₂复合光催化剂的光催化反应速率常数k为0.043035 min^-1,是纯TiO₂的2.64倍。     

Zn掺杂CuO/CuAl2O4复合空心球的制备及光催化性能

以葡萄糖为模板, 硝酸锌、硝酸铜和硝酸铝为原料, 采用水热法制备高比表面Zn-CuO/CuAl₂O₄复合空心球。采用XRD、SEM、HRTEM、BET、DRS和PL等手段对样品进行表征, 结果表明: 在600℃下焙烧的Zn-CuO/CuAl₂O₄复合物呈空心球状, 球体直径约为2 μm, 比表面积高达214.97 m²/g。引入Zn有助于提高样品对紫外和可见光的吸收能力, 减少光生电子空穴对的复合, 光催化活性显著提高。在模拟太阳光照下, 以甲基橙溶液为目标降解物, 考察样品的煅烧温度和Zn加入量对光催化活性的影响。当Zn加入量为0.5wt%, 煅烧温度为600℃时, 样品的光催化活性最佳。光照60 min, 0.5 g/L光催化剂用量对25 mg/L甲基橙溶液的脱色率高达97%。     

Preparation and enhanced photocatalytic performance of Sn ion modified titania hollow spheres

Sn-doped hollow titania spheres were prepared using carbon spheres as template and Sn-doped titania nanoparticles as building blocks. The Sn-doped titania nanoparticles were synthesized under mild condition (low temperature and atmospheric pressure). The prepared hollow spheres were characterized by X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscope (TEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The effects of Sn content on the physical structure and photocatalytic activity of doped hollow titania sphere samples were investigated. It shows that the increasing of Sn content induces the transformation of titania from anatase to rutile phase. Results also showed that there was an optimal Sn-doped content (5%) in our samples for the photocatalytic degradation of Reactive Brilliant Red X-3B (C.I. reactive red 2).     

酞菁钴/MCM-41的制备及其可见光催化性能

以MCM-41分子筛为载体,采用浸渍法将酞菁钴负载到分子筛上以氙灯为光源降解甲基橙溶液。对负载型酞菁钴催化剂进行FT-IR、XRD、SEM表征,结果表明所制催化剂负载效果良好,且分子筛结构未发生改变。以甲基橙溶液为模拟处理对象,研究催化剂的催化性能,考察了光照、酞菁钴负载、催化剂用量等因素对催化效果的影响。结果表明,氧气充足时,在光照条件下、0.04g负载型酞菁钴催化剂处理200mL的0.05g/L甲基橙溶液能够有很好的处理效果,2h降解率能够达到98.3%,且重复利用4次后降解率仍能达到90%。     

掺钒二氧化钛中空微球的制备和光催化性能研究

以聚苯乙烯微球为模板,钛酸四丁酯为前驱体制备了掺钒TiO₂中空微球,并用FT-IR,SEM,TEM,XRD,UV-Vis等技术对样品进行了表征. 研究结果表明,掺杂少量钒到体系中,TiO₂微球形貌没有发生明显变化,得到壳层厚度约为20~30nm的TiO₂中空微球. 但钒的引入使得TiO₂中空微球从锐钛矿相向金红石相转变. 随着掺钒量的增加,TiO₂中空微球吸收边向长波方向移动增强. 光催化降解甲基橙溶液实验结果表明,掺杂1.0%钒的TiO₂中空微球表现出更好的光催化性能.     

TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙吸附和光催化 降解的研究

：以自制硅铝陶瓷介孔球为基体,经溶胶凝胶法制备TiO2溶胶并将其负载于硅铝陶瓷介孔球表面,用于甲基橙溶液的吸附和光催化降解,再利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和可见分光光度计对样品的表观形貌、晶体结构、吸附和光催化性能等进行表征和测定。研究结果表明：TiO2是以粗糙度较高的多层膜包覆于硅铝陶瓷介孔球表面且TiO2为锐钛矿晶型;在黑暗条件下,硅铝陶瓷介孔球和TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙仅起到吸附作用,且两者的吸附性能较接近;但在紫外光照条件下,TiO2负载硅铝陶瓷介孔球对甲基橙除有吸附作用外还表现出较好的光催化降解活性。     

均匀沉淀法制备ZnO、Fe/ZnO光催化剂

以六水合硝酸锌、九水合硝酸铁和CO(NH2)2为原料,采用均匀沉淀法并且改变实验条件制备了纯纳米ZnO和纳米Fe/ZnO光催化剂。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对所有样品进行表征,并对部分样品进行了X射线能谱分析仪(EDS)测试。结果显示所有样品均为六方纤锌矿结构。此外,所有样品均由小颗粒聚集在一起而形成了形状、大小各不相同的团聚物或颗粒膜。而且随煅烧温度和Fe掺杂浓度的改变,Fe/ZnO样品的晶粒尺寸和表面形貌也随之变化。以甲基橙溶液作为污染物,在高压汞灯的照射下进行了光降解实验,实验结果表明:Fe掺杂Fe/ZnO样品的光催化性能相较纯纳米ZnO样品得到了改善。当Fe掺杂量为1.5%时Fe/ZnO样品的光催化性能最好;另外,适当煅烧温度也使Fe/ZnO样品的光催化活性得到了提升,其中最适煅烧温度为500℃。无论是Fe的掺杂浓度还是煅烧温度,适当的Fe的掺杂浓度和煅烧温度都有利于改善Fe/ZnO样品光催化剂的性能。     

B掺杂TiO2光催化剂的制备和光催化性能

采用溶胶-凝胶法合成了B掺杂的TiO₂光催化剂,并用XRD、SEM、XPS、FT-IR、BET等手段进行了表征。结果表明,掺杂B可抑制TiO₂晶体的长大,对TiO₂表面形貌没有显著的影响,B-TiO₂催化剂的比表面积随着B离子掺杂量的提高而增大;B离子主要进入晶格间隙并与TiO₂晶体形成固溶体,以B-O-Ti结构存在。B掺杂量（质量分数）为3%时,制备出的TiO₂光催化剂对甲基橙的降解效果最好。N₂吸附-脱附结果表明,3%B-TiO₂的BET比面积为127.84 m²/g、平均孔径为10.53 nm。     

直接Z-型立方/六方ZnIn2S4复合光催化剂的制备及其光催化性能

通过水热反应方法制备出立方相ZnIn₂S₄和六方相ZnIn₂S₄和系列不同摩尔比的复合相ZnIn₂S₄光催化剂,使用X射线衍射、扫描电子显微镜、电子能谱、透射电子显微镜、光致发光光谱、N₂吸附-脱附法及紫外-可见光漫反射等手段表征了样品的晶体结构、显微结构及吸光特性并在可见光照射下进行了甲基橙降解实验。结果表明,复合相ZnIn₂S₄样品都具有比立方相、六方相和机械混合的ZnIn₂S₄更好的可见光催化活性,当复合相ZnIn₂S₄样品中立方相与六方相摩尔比为3:7时体系的催化活性最高。这种样品被可见光照射30 min后,甲基橙的降解率达到95.2%。其降解机理与样品较大的比表面积以及样品中的立方相与六方相之间的密切接触而形成直接Z-型光催化过程有关。