氮掺杂TiO2光催化剂研究进展

对TiO2光催化剂进行改性,实现可见光催化活性是第二代光催化剂走向实用化的关键.氮掺杂TiO2是一种理想的具有可见光活性的光催化剂,由于N 2p态与O 2p态杂化,实现带隙窄化和吸收带边红移,对于实现可见光催化活性具有重要意义.评述了氮掺杂改性TiO2光催化剂的国内外研究现状,分析了不同掺杂方法对于实现TiO2可见光催化活性的掺杂机理和改性机理,提出研究合适的催化剂载体对TiO2进行氮等非金属负载是今后努力的方向,并且应该建立统一的催化剂性能评价标准.     

均匀水解低温晶化法氮掺杂TiO_2可见光催化剂的制备与表征

以硫尿为氮源,采用均匀水解低温晶化法制备了具有可见光活性氮掺杂的纳米TiO2。采用XRD、SEM、BET和UV-vis漫反射光谱等技术对其进行了表征。结果表明,所制备氮掺杂TiO2均为锐钛矿相,并且在可见光区域有明显的光吸收。以甲基橙溶液为模拟废水,研究氮掺杂TiO2在可见光下的光催化活性。实验表明,所制备的氮掺杂TiO2样品在可见光下具有高的光催化活性,可见光催化活性明显高于商业P25 TiO2光催化剂。     

可见光活性氮掺杂纳米二氧化钛研究进展

氮掺杂可拓宽TiO2的光响应范围和实现可见光响应、增强其对太阳光能的利用和提高它的光催化效率而成为该领域关注的焦点.本文综述了氮掺杂对TiO2能带结构的影响及氮掺杂纳米TiO2薄膜和粉体的制备方法等方面的研究进展,总结了该领域研究中亟待解决的问题并对今后的发展提出了作者的思考.     

掺氮二氧化钛的制备方法研究进展

以氮掺杂为代表的非金属掺杂TiO2光催化剂被誉为"第二代光催化材料"。首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法。N掺杂TiO2粉体的制备方法主要有高温焙烧法、水解沉淀法、有机前驱体热解法、溶胶-凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO2薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。综述了近年来国内外通过氮掺杂改进二氧化钛光催化剂的性能、提高可见光利用效率的最新研究进展,指出了在氮掺杂TiO2催化剂研究中有待解决的问题及今后可能的发展方向。     

氮掺杂TiO2光催化杀菌性能的研究

以廉价的TiOSO4为原料,通过水解法制备正钛酸前驱体,然后向正钛酸前驱体中加入尿素作为氮源,经煅烧制备氮掺杂纳米TiO2,采用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱和扫描电镜等方法对制备的样品进行了表征,研究了不同N/Ti配比、煅烧温度、TiO2浓度、细菌浓度对光催化杀菌的影响.结果表明,制备的样品均为锐钛晶型,氮掺杂使TiO2在可见光区的光吸收明显增强;煅烧温度和N/Ti配比对光催化杀菌效果影响显著;当TiO2的质量浓度为1.5g/L时杀菌效果最好;当细菌浓度低于106细胞/mL时,氮掺杂TiO2的杀菌率可达90%以上.     

非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2的缺陷形成能和电子性质

非金属杂质掺杂TiO2半导体改善对可见光区域的光催化性质是近年来的一个研究热点,但相关杂质缺陷的形成能研究却不多。通过基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了非金属元素C、N、F掺杂锐钛矿型TiO2之后的缺陷形成能与电子性质。结果表明,3种元素掺杂进入TiO2后缺陷形成能的大小排序为C>N>F,说明F元素最容易掺杂进入TiO2晶格。但是掺入F元素后对TiO2禁带宽度的改变不大,在提高TiO2对可见光的响应方面F元素的效果不如N、C两种元素。因此,对于掺杂来改善TiO2对可见光的响应方面,N元素比C、F的效果更好。     

简单有效氮掺杂TiO2纳米微晶的制备、表征及其可见光活性

以尿素为氮源,采用简单的酸催化溶胶-凝胶法制备了氮掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙在可见光照射下的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性。运用XRD、XPS和UV-Vis DRS光谱表征技术考察了氮掺杂TiO2样品的微晶尺寸、晶相结构、表面组成及其吸光特性。结果表明氮掺杂减小了TiO2的带能隙,氮掺杂TiO2纳米微晶对400～530nm的可见光有较强的吸收,在降解甲基橙的实验中表现出良好的可见光催化活性。其中,400℃焙烧制得的具有单一锐钛矿相型,晶粒尺寸为14.94nm的TiO1.9904N0.0096样品的可见光催化活性最佳。     

纳米La-TiO2光催化降解甲基橙废水的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和La掺杂TiO2复合纳米粉体,通过XRD,UV-Vis等测试手段分析了在紫外光照射下,以降解甲基橙为探针反应研究其可见光催化性能。结果显示样品均为锐钛矿相纳米TiO2,稀土元素镧掺杂后纳米TiO2特征衍射峰宽化,强度降低;掺入的La主要以La2O3的形式存在,同时有一部分形成Ti-O-La键;La掺杂可减小TiO2晶粒尺寸及增大催化剂比表面积;与未掺杂的二氧化钛相比较,适当含量的镧掺杂可有效促进TiO2表面光生载流子的分离,从而显著提高其光催化活性。当La/Ti的摩尔比为0.010时,可见光催化性能最好。     

氮钒共掺TiO_2的表征及其对甲醛的可见光催化性能

以钛酸丁酯为Ti源,六次甲基四胺为N源,偏钒酸铵为V源,利用溶胶-凝胶法制备氮钒共掺杂二氧化钛(N-V-TiO2)纳米材料。采用XRD、UVVis、BET、XPS等检测手段对N-V-TiO2的晶型比例、元素组成等进行分析,研究其在可见光下催化氧化甲醛气体的性能。结果表明,煅烧温度500℃、掺氮28%、掺钒1%的N-V-TiO2具有混晶型结构、比表面积大、对可见光吸收强,催化降解甲醛的效率最高可达到91.6%,分别比纯TiO2、掺氮TiO2、掺钒TiO2的效率显著提高。N-V-TiO2光氧化效率随甲醛初始浓度增大而减小,光催化反应服从一级反应动力学特征,而且包括吸附和光催化氧化反应两部分,其中光催化氧化为速控步骤;重复5次使用的效率仍然高于单独掺杂TiO2。     

具有可见光活性的纳米掺氮TiO2制备和表征

用硫酸钛与氨水反应得到TiO2前体,煅烧后制得掺氮TiO2粉体,研究不同反应条件和不同温度下掺氮TiO2的吸光特性和形态结构,结果表明掺氮TiO2在400℃：下加热1h,所得粉体是锐钛矿相结构,粒径约15nm,与未掺杂TiO2相比,吸收边红移22nm,对400-510nm的可见光有一定的吸收率,可见光下对甲基橙的降解表明具有可见光活性。     

非金属元素掺杂TiO2可见光催化原理的探讨

本文从几篇文献的误解入手,介绍了掺氮二氧化钛(TiO2)具有可见光活性的几种不同观点,在分析后,得出掺氮TiO2具有可见光活性是由于两方面的因素造成的:一是氮的掺杂使TiO2的价带产生变化,这种变化使价带附近的空穴活动性降低、带隙变小;二是掺氮TiO2存在氧空位,并且氧空位在导带边缘,使能带变窄.同时还介绍了掺硫TiO2、掺碳TiO2吸收可见光的原理.     

TiO_2/MnTiO_3复合纳米管的光谱学性能研究

采用水热法制备了TiO2/MnTiO3复合纳米管,研究了TiO2纳米管经三元半导体MnTiO3复合后光谱性能的变化。用X射线衍射(XRD)、紫外-可见光谱(UV-Vis DRSs)、拉曼光谱等对制得的样品进行表征。MnTiO3的复合改变了TiO2纳米管的表面缺陷态,增强了TiO2纳米管在可见光区的吸收。     

MS(M=Cd或Zn)纳米粒子负载TiO_2纳米线的制备及可见光催化性能

以具有层状结构的钛酸盐纳米线、CdCl2或ZnSO4及硫代乙酰胺为原料,采用两步水热合成法制备了高温稳定的六方相CdS或低温稳定的立方相ZnS纳米粒子负载的TiO2纳米线复合材料。首先,CdCl2或ZnSO4与钛酸盐纳米线在水热条件下进行离子交换制得含Cd2+或Zn2+的钛酸盐纳米线;然后,在硫代乙酰胺溶液中于160℃下直接处理含Cd2+或Zn2+的钛酸盐纳米线就可获得负载有硫化物纳米粒子的TiO2复合纳米线。它们在酸浸后,TiO2纳米线的表面仍存在少量硫化物纳米粒子。通过测试酸浸后样品、纯TiO2纳米线和商用P25对亚甲基蓝水溶液的可见光催化降解实验结果证实,含CdS纳米粒子样品的光催化活性最高。     

简单两步法制备载银TiO_2纳米管

简单两步法制备载Ag的TiO2纳米管。采用溶胶-凝胶结合水热法制备TiO2纳米管(TiNT),利用传统的"银镜反应",得到表面载Ag的TiO2纳米管(Ag-TiNT)。利用X射线衍射(XRD)、高分辨率透射电镜(TEM)、电子衍射能谱(EDS)对产物进行了表征。结果表明,Ag粒子均匀地分散在纳米管的外表面。从UV-Vis吸收光谱上可以观察到,载银的TiO2纳米管在可见光区域的吸收有了明显提高。     

APCVD法制备掺氮二氧化钛薄膜及其性能研究

采用常压化学气相沉积(APCVD)法,以四氯化钛(TiCl4)、氧气(O2)氨气(NH3)作为先驱体,成功制备了掺氮二氧化钛(TiO2)薄膜.通过对其进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见透过光谱(UV-VIS)研究后发现,氮掺杂后在二氧化钛薄膜中引入Ti4O7相,抑制了锐钛矿相向金红石相的转变,光吸收限发生红移,相应从365.8nm红移到了402.6nm,提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率,并改善了薄膜表面的亲水性能.     

氮掺杂TiO_2中空复合微球的制备及可见光光催化性能

为了提高TiO2的可见光光催化性能,以微米级聚苯乙烯微球为模板,钛酸四丁酯为前驱体,三乙胺为氮源,采用静电吸附自组装法制备了粒径为1.20μm、壳层的厚度约为30nm且球形形貌良好的氮掺杂TiO2中空复合微球,采用SEM、XPS、XRD和紫外-可见分光光度计研究了其结构及光催化性能。结果表明:氮进入TiO2晶格内取代了部分O并改变了晶格中Ti和O的化学状态,但对TiO2晶型结构没有明显影响;氮掺杂后的TiO2中空复合微球禁带宽度变窄,氮掺杂TiO2中空复合微球不仅在紫外区有较强的光吸收能力,在可见光区也表现出较强的光响应性,对甲基橙的光催化降解率较Degussa P25型纳米TiO2的明显增强。研究结果对TiO2在光催化领域的应用具有理论指导意义。     

Atomic iron on mesoporous N-doped carbon to achieve dehydrogenation reaction at room temperature

Atomic non-noble metal materials show the potential to substitute noble metals in catalysis. Herein, melamine formaldehyde resin is developed to synthesize atomic iron on mesoporous nitrogen-doped carbon. The triazine units with abundant nitrogen content and cavity can realize effectively anchoring of single metal atoms. The atomic iron with unique charge and coordination characteristics shows superior catalytic performance in dehydrogenation reaction. Various N-heterocycles compounds and amines can be efficiently dehydrogenated into the corresponding products at room temperature, which is the mildest of all reported reaction conditions even when noble metal catalysts are considered. Therefore, development of atomic non-noble metal catalysts with mesoporous structure may provide an effective way to realize the substitution for noble metals in heterogeneous catalysis.

     

有序多孔材料的研究进展

有序多孔材料具有大小均匀、排列规则的孔道,从而在选择性吸收、分离提纯、生物医学、催化、新型组装材料等方面有着巨大的应用潜力.目前有序多孔材料主要包括氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锡、氧化锆等,综述了多种有序多孔材料的制备方法,并且重点分析了阳极氧化铝的形成机理.     

Use of co-spray pyrolysis for synthesizing nitrogen-doped TiO2 films

Nitrogen-doped nanocrystalline TiO₂ is well known as the most promising photocatalyst. Despite many years after discovery, seeking of efficient method to prepare TiO₂ doped with nitrogen still attracts a lot of attention. In this paper, we present the result of using co-spray pyrolysis to synthesize nitrogen-doped TiO₂ films from TiCl₄ and NH₄NO₃. The grown films were subjected to XRD, SEM, photocatalysis, absorption spectra and visible-light photovoltaic investigations. All the deposited films were of nanosized polycrystal, high crystallinity, pure anatase and porosity. Specific characteristics involved nitrogen doping such as enhanced photocatalytic activity, bandgap narrowing, visible light responsibility and typical correlation of the photoactivity with nitrogen concentration were all exhibited. Obtained results proved that high photoactive nitrogen-doped TiO₂ films can be synthesized by co-spray pyrolysis.     

添加TiO2对镍铁尖晶石惰性阳极材料性能的影响

为了提高惰性阳极材料的性能,本文尝试在合成镍铁尖晶石过程中掺杂一定量TiO2.采用高温固相反应法在1200℃下烧结6h,制备掺杂TiO2的镍铁尖晶石惰性阳极材料.研究了掺杂TiO2对试样密度、电导率和腐蚀率的影响.研究结果表明,掺杂TiO2后NiFe2O4的晶格产生畸变,从而TiO2促进烧结,提高材料的密度.并且由于Ti4 离子取代Fe3 离子,产生导电电子,改善了NiFe2O4惰性阳极材料的导电性.添加0.5%TiO2可降低材料的腐蚀率,但随着添加量的增加腐蚀率也增加,说明TiO2对材料的抗腐蚀性不利.经研究发现腐蚀率降低的原因是腐蚀过程中NiFe2O4分解产生的Fe2O3与电解质中Al2O3反应生成了FeAl2O4.综合考虑TiO2对材料各性能的影响,最终确定掺杂量为0.5%.