新型TiO2基光催化剂改性降解VOCs的研究进展

实现有机污染物(VOCs)高效清洁降解是生态环保领域亟待解决的问题。光催化技术成为解决VOCs的有效方法之一,TiO₂半导体光催化剂作为最成熟的一种光催化剂,具有催化效率高、绿色、成本低的特点,但由于TiO₂光量子效率低,电子—空穴对易复合,无法产生可见光响应等缺陷,使得TiO₂光化材料无法广泛高效的应用。文章综述了改性TiO₂基光催化材料降解VOCs的研究进展,介绍了TiO₂光催化降解VOCs的作用机理,梳理归纳并总结了近些年TiO₂光催化降解VOCs的改性研究,并对未来开发新型TiO₂基光催化材料降解VOCs提出展望。     

Au/TiO2复合物的制备、表征及其增强光催化灭菌活性

为提升TiO₂光催化活性克服其可见光响应能力差的问题,采用沉积-沉淀法制备了Au/TiO₂复合物光催化剂,利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、荧光发射光谱等对样品进行了表征。XRD、FTIR和XPS结果表明,Au/TiO₂中TiO₂为锐钛矿相且Au成功沉积至TiO₂。UV-vis DRS和荧光发射光谱结果表明,适量Au修饰不仅能提高TiO₂对可见光的吸收,还可促进TiO₂光生电子-空穴对分离,有利于增强其光催化活性。自由基捕获实验证实,形成?OH的数量与光照时间成正比且?OH生成量越多,光催化活性越高。对比考察了Au/TiO₂和TiO₂在氙灯光源照射下对大肠杆菌的光催化杀灭作用,并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。结果表明：Au/TiO₂的光催化灭菌活性优于TiO₂,且与光照时间和光照强度均成正比;Au的适宜负载量为3%（质量分数）;3%Au/TiO₂在光照时间60min、光照强度7mW/cm²、光催化剂浓度100μg/mL的条件下,对大肠杆菌的杀灭效率高达91.3%。     

g-C3N4/TiO2复合材料的制备及可见光催化降解硝基苯

采用原位合成法在TiO₂纳米管上沉积g-C₃N₄对材料进行改性,通过改变尿素的质量浓度制备了一系列不同负载量的g-C₃N₄/TiO₂复合材料(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g·L^-1 g-C₃N₄/TiO₂ NTs),然后在可见光条件下考察了g-C₃N₄/TiO₂复合材料光催化降解硝基苯的性能,并对材料做了相关的表征分析和自由基清除实验。结果表明：将g-C₃N₄负载到TiO₂纳米管上可以显著提高光催化活性,可能是由于g-C₃N₄和TiO₂之间形成了异质结,延长了载流子的寿命,阻碍了电子与空穴的复合,从而提升了复合材料的光催化活性。     

光催化剂TiO2的改性研究进展

光催化剂TiO₂在环境污染治理领域呈现出广阔的应用前景,但由于其自身存在不能响应可见光和量子效率低的缺陷而限制了它的应用,改性是提高TiO₂光催化性能的重要手段。在总结国内外科研成果的基础上,综述了现阶段TiO₂的主要改性方法（如光敏化、离子掺杂、复合半导体等）研究进展,并对TiO₂改性方法的发展趋势进行了展望。     

光催化剂TiO2改性的研究进展

TiO₂具有光催化性能好、化学性质稳定、毒性低、价格低廉等优点,但由于禁带较宽,只对紫外光有响应,且电子和空穴容易复合,导致光催化活性和效率降低。本文介绍了TiO₂的几种主要改性方法的最新研究进展。表面沉积贵金属、半导体复合、染料敏化可以降低TiO₂的禁带宽度,增加其响应波长,提高太阳光的利用率。离子掺杂可使得TiO₂晶体表面产生缺陷,抑制光生电子和空穴的复合,增加表面活性中心的数量。碳纳米管和石墨烯掺杂则能够提高TiO₂对可见光的吸收率,扩大光响应范围,同时加快电子传输,减少载流子复合,提高催化效率。指出石墨烯作为新型掺杂材料具有很大的发展潜力,TiO₂基多组分复合型光催化剂可获得比单种组分表面改性或者掺杂TiO₂更好的效果。最后介绍了TiO₂表面的亲/疏水改性研究进展。     

光催化材料去除水中病毒的研究进展

光催化技术凭借其稳定高效且成本低等优势,应用于水消毒领域的研究逐渐受到重视。光催化剂生成的一系列活性氧物种能有效灭活水中病原微生物。由于病毒与细菌等其他微生物结构、抗性等不同,因此本文着重综述了光催化材料应用于去除水中病毒的研究进展。介绍了光催化技术的氧化和消毒原理,评价了传统消毒工艺去除病毒的优缺点,总结了TiO₂基光催化剂和不含TiO₂的光催化材料的应用现状。最后展望未来光催化材料设计应以降低制备成本、提高光催化效率、能实际大规模工程化应用的方向发展。     

纳米TiO2的溶胶凝胶合成及其光催化降解水面石油废料

通过在溶胶凝胶法中添加尿素作为燃料，成功调控合成锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂。相结构表征和官能团信息表征确认了锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂中不含其它杂质。经谢乐公式计算，锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂的平均晶粒尺寸分别为30.28 nm和35.86 nm。扫描电镜发现，细的球形颗粒为锐钛矿相TiO₂,细长的纳米棒为金红石相TiO₂,颗粒尺寸与谢乐公式计算的结果类似。光学性质表征发现，与纯金红石相TiO₂相比，锐钛矿/金红石相TiO₂具有可见光吸收能力，表明其有可见光光催化活性。以水面原油废料为目标降解产物，将P25 TiO₂、锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂负载在漂珠上，在模拟太阳光和可见光辐照下进行光催化降解实验。结果表明，由于空穴、羟基自由基和...     

Au对TiO2光电催化材料的改性策略研究进展

近年来,环境污染、能源枯竭问题日益严重,成为制约人类生存与发展的主要因素。光电催化技术能够同时实现污染物的降解与清洁能源的制备,有助于缓解环境污染与能源枯竭问题。作为典型的光（电）催化材料,TiO₂具有光活性强、性质稳定、廉价易得、环境友好等诸多优点,数十年来已成为光催化及相关领域的研究热点。然而,TiO₂存在的本征缺陷依然制约着其进一步推广应用,为此研究人员已提出多种方式对TiO₂进行改性。其中贵金属/TiO₂复合材料可显著提升TiO₂的光学活性并拓宽其吸收波长范围,尤其是Au/TiO₂材料体系已受到广泛关注和认可,表现出良好的应用前景。本文通过对目前Au/TiO₂复合材料的发展现状进行了总结,首先简单介绍了Au和TiO₂的化学性质及Au对TiO₂光学性能的增强原理;随后对Au/TiO₂复合材料的改性策略及相关作用机制展开讨论,包括Au对TiO₂光学性能的影响及调控、修饰方法的选择与影响等;最后总结出目前Au/TiO₂复合材料依然以克服TiO₂的两大本征缺陷为主,探讨各类新型Au/TiO₂复合材料有望使其得到逐步推广与实际应用。最后对目前Au/TiO₂复合材料的研究现状进行系统总结并探讨该材料未来的研究和发展方向。     

TiO2/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料对光催化分解水制氢性能的影响

以玉米秸秆为原料，通过热熔法制备出TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合光催化剂。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV等方法对TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球进行表征。结果表明，TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料具有更高的光催化性能和光稳定性。在可见光照射、TiO₂/Pt与玉米秸秆碳微球质量比为1∶0.3时，光催化分解水制氢效率最高，达到1 120μmol/(h·g),是TiO₂/Pt制氢量的56倍。修饰在TiO₂上的玉米秸秆碳微球具有良好的导电性，可促进TiO₂光生电子的转移。同时，碳微球的加入增大了复合光催化剂的比表面积，提高了光催化制氢效率，为新型生物质光催化体系提供新思路。     

纳米管阵列光催化剂研究进展

TiO₂纳米管阵列以其优异的性能成为很有发展前景的新型纳米结构材料。综述了目前制备TiO₂纳米管阵列的3种方法,即模板合成法、水热合成法和阳极氧化法。阐述了提高TiO₂纳米管阵列的光催化活性常采用的改性方法,包括贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂和半导体复合以及TiO₂纳米管阵列在染料敏化太阳能电池、光解水制氢、光催化降解有机污染物和气敏传感材料等领域的应用研究进展,提出通过改进制备工艺和改性方法制备高性能的TiO₂纳米管阵列光催化剂是未来主要的研究方向。     

TiO2光催化技术降解印染废水的研究进展

由于TiO₂光催化技术具有无毒、稳定性好、材料易得和氧化能力强的特性,在印染废水前处理及深度处理工艺中具有较好的应用前景。文章阐述了TiO₂光催化降解有机污染物的机理,对近年来国内外不同Ti O₂改性方法进行了综述,分析了TiO₂光催化技术在处理印染废水时的效果,并对未来Ti O₂光催化技术在降解印染废水中的应用进行了展望。     

TiO2-V2O5纳米纤维光催化氧化烟气中的Hg0

对静电纺丝法制备的TiO₂和TiO₂-V₂O₅纳米纤维进行光催化脱除模拟烟气中Hg⁰的研究。对纳米纤维进行了SEM、TEM、XRD、BET和UV-Vis检测。结果表明TiO₂-V₂O₅纳米纤维为锐钛矿,V₂O₅高度分散在TiO₂中。纤维直径在200 nm左右,由粒径为10 nm左右的微粒组成。掺杂V₂O₅后,纤维的吸光范围扩大,在可见光范围内的吸光度比纯TiO₂时有了很大提高。实验研究了不同光照条件、V₂O₅的掺杂量和循环次数对脱汞的影响,分析了TiO₂-V₂O₅催化脱汞的机理。当V₂O₅的质量含量为3%时,TiO₂-V₂O₅在可见光下的脱汞率可达到66%,比纯TiO₂时的7%有了显著提高;纤维的脱汞性能稳定,多次循环后紫外光和可见光下的脱汞率仍分别保持在80%和65%左右。电子的跃迁和电子、空穴的快速分离是TiO₂-V₂O₅在可见光下脱汞率提高的主要原因。     

石墨烯/TiO2复合材料光催化降解有机污染物的研究进展

石墨烯是一种新型的碳纳米材料,具有超大的比表面积和优良的导电性能,将石墨烯与TiO₂复合可显著提高复合材料的光催化性能,在光催化领域具有广泛的应用前景。主要介绍了石墨烯/TiO₂复合纳米材料的制备方法以及在光催化降解有机污染物方面的应用,并分析了石墨烯/TiO₂复合材料促进光催化机理,最后对石墨烯/TiO₂复合光催化剂未来的发展趋势提出了展望。     

提高二氧化钛孔道中水分子扩散性的分子模拟

众所周知,二氧化钛(TiO₂)材料在光催化材料、生物材料、电化学和工业催化等多个领域表现出优异的性能,因而其在解决能源和环境危机中被寄予厚望。在上述TiO₂材料的众多应用中往往都离不开水分子与TiO₂材料的接触。TiO₂表面结构,特别是水分子在TiO₂表面上形成的微结构往往对于TiO₂材料的应用起到关键作用。另一方面,大比表面积的TiO₂材料表现出性能上的优势,因此制备具有纳米孔道结构的TiO₂材料成为研究趋势。结合上述两点,水分子受限于TiO₂纳米孔道中的行为成为研究的热点之一。以往的研究结果表明,水分子在TiO₂表面具有强吸附作用,而该作用会影响到水分子在TiO₂孔道中的流动性。本文意在通过分子模拟的研究,找到提高水分子TiO₂孔道中扩散性的方法,并解释流动性增加的原因,为实验研究工作者们提供指导和解释。通过调整多项模拟参数,结果表明对于实验工作更为可靠的方法是用碳层覆盖TiO₂的表面。这样可以在不改变原有实验条件的基础上大大提高水分子在TiO₂孔道中的扩散性。     

TiO2-SiO2复合材料应用研究进展

无机材料TiO₂和SiO₂因稳定性好、无毒害等性能得到广泛关注和应用,TiO₂-SiO₂复合材料因TiO₂和SiO₂组分的协同作用,表现出更加优异的性能。综述TiO₂-SiO₂复合材料在药物缓释、光催化、吸附、抗菌等相关应用领域中的研究进展,以期为其后续研究提供参考。     

TiO2/生物炭复合材料的制备及应用研究进展

TiO₂是一种半导体材料，具有优异的光催化活性，良好的稳定性和较低的成本，但存在禁带宽度大，生电子-空穴易复合等缺点。生物炭因具有疏松多孔的结构、比表面积大，表面官能团丰富易修饰等特点而成为性能优异的载体材料。两者结合得到的TiO₂/生物炭复合材料表现出了良好的可见光响应性、优异的电子传输能力、吸附能力强、电子-空穴复合少等优势，在水污染处理方面有着广阔的应用前景。本文综述了TiO₂/生物炭复合材料的制备及改性的方法，阐述了复合材料所表现的协同效应及光催化机理，归纳总结了目前TiO₂/生物炭复合材料在处理不同污染物的应用，并展望了TiO₂/生物炭复合材料的发展前景和方向。     

Ce-TiO2粉体的制备及其光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备Ce掺杂纳米TiO₂。结合XRD、TEM、UV-Vis等现代检测手段对所制备样品的结构和性能进行表征。以直接桃红12B为目标降解产物,考察了所制备样品的光催化活性。研究结果表明:样品在550℃煅烧后,TiO₂为锐钛矿型,Ce掺杂纳米TiO₂后晶粒尺寸由23.9 nm降低到19.8 nm。Ce掺杂引起TiO₂的光学吸收边红移,提高可见光的吸收,拓展了TiO₂光谱响应范围。催化剂投加量为0.5 g/L,直接桃红12B溶液的初始浓度为20 mg/L,p H值为5。在紫外光下2 h条件下,Ce掺杂TiO₂后去除率由83.6%提高到93.8%。低浓度下的光催化降解过程可用Langmuir-Hinshelwood一级动力学方程拟合,初始浓度20 mg/L时,吸附速率可达到0.063 04 min^-1。     

有序TiO_2纳米管阵列光催化性能研究进展

高度有序TiO₂纳米管阵列由于具有结构的有序性及尺寸的可控性,已成为近年来光催化材料领域的研究热点之一。本文针对有序TiO₂纳米管阵列特殊的结构形貌特点,阐述了管壁粗糙度、管长、管壁厚度、管径及表面积对其光催化性能的影响。在不同的催化剂载体（透明玻璃基底、无基底、钛丝网基底、非平面钛片基底）生长TiO₂纳米管阵列是有效地提高其光催化性能的途径之一,介绍了这些新型结构的TiO₂纳米管阵列的研究进展。最后总结了现阶段主要掺杂改性TiO₂纳米管阵列的方法及掺杂效果。在此基础上,指出了当前研究中存在的主要问题,并展望今后的研究方向。     

多孔g-C3N4基光催化材料的制备及应用研究进展

多孔g-C₃N₄基光催化材料由于具有较高的比表面积、丰富的反应活性位点和较短的电子传递路径等特点,能较好地解决块体g-C₃N₄基材料存在的比表面积小、光生载流子复合快及可见光利用效率低等问题,因而具有广阔的发展前景和应用潜力。本文主要从以下方面进行综述：多孔g-C₃N₄基光催化材料常用的制备方法,包括硬模板法、软模板法、水热合成法、热聚合法、超分子自组装法;多孔g-C₃N₄基材料在光催化领域的应用,包括光解水制氢、光催化降解有机污染物、光催化去除氮氧化物和光催化还原CO₂等;最后指出了当前影响多孔g-C₃N₄基光催化材料发展的关键问题,并对其在光催化领域的应用前景进行了展望。     

基于上转换发光的可见/近红外光催化研究现状及展望

上转换发光材料可将低能光子转换为高能光子,对于太阳能的转化利用具有潜在的应用前景。本文以TiO₂为例,介绍了上转换发光在可见/近红外光催化领域的研究背景,说明了光能吸收、光能转换、光能转移、表面反应的光能利用机制,总结了上转换发光的研究进展。同时重点分析了稀土上转换发光在可见/近红外光催化领域的研究现状,阐述了上转换发光与其它改性方法协同提高TiO₂光催化效率的基本原理。最后提出了基于复合上转换发光的光催化研究思路,展望了上转换发光在光催化中的应用前景。