TiO2负载木质素纤维的制备与光催化降解甲基橙性能研究

以木质素纤维为载体，采用碱性氧化法对载体木质素纤维进行预处理之后，使用钛酸四丁酯为钛源，采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂，并检测了在紫外光催化下对甲基橙的去除能力以及循环反应性能。TiO₂负载木质素纤维复合材料的结构性能通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)等测试技术进行表征。结果表明：TiO₂颗粒均匀地分布在木质素纤维表面，合成了高度分散的TiO₂负载木质素纤维复合光催化材料；在钛酸四丁酯10mL、无水乙醇35mL、pH为3、温度为35℃时，TiO₂产率最高为89%;经紫外光照射2h,不同浓度下对甲基橙的降解率最高为75.5%,不同pH下对甲基橙降解率最高为80.1%,不同温度下对甲基橙溶液的最佳去除率为63.2%。TiO₂负载木质素纤维复合光催化剂再循环使用中，表现出较好的抗循环衰减特性，经过5次循环后，其对甲基橙的降解率仍达到77.6%。     

稀土La掺杂TiO2纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO₂光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO₂光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO₂无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La³⁺改性TiO₂光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La³⁺掺杂改性纳米TiO₂纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO₂纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La³⁺的掺杂提高了TiO₂光催化降解速率,所需要的时间减少了。     

Pt负载型二氧化钛纳米管/纳米晶复合光催化剂的制备及其光催化性能

结合强吸附能力与高光催化活性的催化剂有望更有效地除去废水中的污染物. 以Degussa P25二氧化钛为原料, 采用水热法制备了二氧化钛纳米管(简称为TNTs), 将TNTs加入到溶有氯铂酸和柠檬酸(还原剂)的无水乙醇中, 在蒸汽相水解装置中通过一步法制备了Pt负载型二氧化钛纳米管/纳米晶复合光催化剂. 蒸汽相处理过程中, 部分纳米管转变为锐钛矿相TiO₂, 仍有部分以管的形式存在, 使纳米复合物保留了较高的吸附能力. 利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面及孔隙度分析仪等方法对产物进行了表征. 结果表明, 粒径约为4 nm的金属性Pt较好地分散在TNTs及由纳米管转变而来、晶粒尺寸约为8 nm的锐钛矿相TiO₂晶粒表面, 复合物保留了高于216 m²/g的比表面积. 光催化降解染料酸性红及亚甲基蓝的实验结果表明, 纯管有较好的吸附能力, 但是光催化性能非常低, 经120℃蒸气处理并负载贵金属Pt后光催化活性有了显著的提高.     

TiO2纳米管阵列的制备、改性及应用

TiO₂纳米管阵列是一种比表面积大、光电催化性能高效稳定、成本低廉、无毒的新型半导体材料，在光催化降解污染物、光解水制氢和新能源电池等领域有着广阔的应用前景。但由于TiO₂禁带宽度大，只能吸收紫外光，可见光利用率低，因此要对TiO₂纳米管进行改性，拓宽其光谱吸收范围，提高其光电转换效率。综述了近年来TiO₂纳米管阵列的制备、改性及应用等方面的研究进展。     

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

ITO/TiO2纳米管阵列复合材料的可见光催化性能

光催化以其反应条件温和、能直接利用太阳能转化为化学能的优势,而备受科研人员的关注。如何拓展光谱吸收范围及阻止光生“电子-空穴”复合,是目前光催化研究领域的热点。本工作通过阳极氧化制备出非晶TiO₂纳米管(TiO₂NTs),利用机械液压法将熔融铟锡合金压入非晶TiO₂中,得到In_9.45Sn₁/TiO₂NTs,再经高温煅烧后得到ITO/TiO₂NTs复合材料。实验对比了TiO₂NTs、In_9.45Sn₁/TiO₂NTs与ITO/TiO₂NTs对去除水溶液中亚甲基蓝的光催化性能,在180 min光照下,ITO/TiO₂NTs的降解效果最佳,降解效率达96.14%。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了TiO₂NTs、In_9.45Sn₁     

碳掺杂TiO2纳米管电极的简易制备及其光电化学性能

通过阳极氧化方法制备了TiO₂纳米管薄膜, 在NaHCO₃存在下对该薄膜进行热处理得到碳掺杂TiO₂(C-TiO₂)纳米管薄膜, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和Mott-Schottky等方法对得到的薄膜进行表征。XRD结果表明C-TiO₂纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型; SEM结果显示薄膜存在纳米管结构; XPS分析表明C-TiO₂纳米管薄膜中的C以替代型掺杂形式进入到TiO₂晶格中; 光电化学性能测试显示, 相对于TiO₂纳米薄膜, C-TiO₂阻抗减小, 平带电位由-0.28 V负移至-0.38 V, 具有更好的紫外-可见光和可见光响应, 紫外-可见光下的光电流是未掺杂的1.7倍。利用阳极氧化的Ti丝作为光阳极和Pt丝作为对电极组装了染料敏化太阳能电池并进行了性能测试, 结果表明, 经过碳掺杂的Ti /TiO₂丝为光阳极电池的短路电流密度和电池效率分别达到0.17 mA/cm²和3.8%, 较未掺杂的Ti/TiO₂丝为光阳极的电池的短路电流密度和电池效率均增大, 表明适量的碳掺杂有利于提高电池效率。     

“三明治”双极膜的制备及其在降解含酚废水中的应用

纳米TiO₂上负载纳米Pt以制备纳米Pt/TiO₂半导体光催化剂, 壳聚糖(CS)经纳米Pt/TiO₂改性后作为阴膜层材料, 以羧甲基纤维素(CMC)作为阳膜层材料, 分别用戊二醛与FeCl₃对阴、阳膜层进行交联改性, 制备了CMC-Pt/TiO₂-CS双极膜, 并将该复合膜作为降解高浓度含酚废水电解槽的隔膜。结果表明: Pt/TiO₂光催化剂可促进双极膜中间层水的解离, 大大降低双极膜的膜阻抗和电阻电压降(IR降); 同时, Pt/TiO₂光催化剂表面生成的羟基自由基(·OH)可直接作用于苯酚, 使其彻底降解成无机小分子; 紫外光照下在16.7 mA·cm^-2的电流密度下电解高浓度含酚废水80 min后, CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率比CMC-TiO₂-CS 双极膜的苯酚降解率高12.7%; 整个电解过程CMC-Pt/TiO₂-CS 双极膜的膜电阻电压降保持在0.9 V。     

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...     

Au纳米粒子/双层TiO2周期结构的制备及其对乙醇的电催化性质

利用二次阳极氧化法成功制备了双层TiO₂纳米管周期结构。通过改变氧化电压可以有效地调整双层TiO₂纳米管的管径, 从而控制样品的形貌。通过实验优化确定双层TiO₂周期结构的制备条件为一次氧化电压60 V, 二次氧化电压40 V。利用原位光还原法, 在TiO₂周期结构表面负载了Au纳米粒子并研究了前驱体溶液浓度与光照时间对样品的影响。在0.05 mmol/L HAuCl₄溶液中光照90 min后得到的Au纳米粒子具有最优的形貌与分布。这种绿色的原位光还原法因为避免使用保护剂与还原剂而有效提高了Au纳米粒子的催化活性。制备所得的Au/TiO₂周期异质结构可以直接作为工作电极用于乙醇的电催化氧化, 并表现出了良好的催化活性与稳定性。除了Au纳米粒子, 其他金属纳米粒子如Ag、Pd、Cu等均可通过该方法成功负载于双层TiO₂纳米管周期结构上。这种新型的异质结纳米结构作为燃料电池的阳极材料表现出了巨大的潜力。     

电还原MoSe2修饰TiO2纳米管光电化学性能研究

通过阳极氧化法在乙二醇电解液中制备TiO₂纳米管阵列, 以钼酸钠和亚硒酸为原料, 改变原料的浓度配比以及沉积电压, 电化学还原沉积MoSe₂对TiO₂纳米管阵列进行修饰, 以半导体复合的方式提高TiO₂的光电化学性能。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行物相、形貌分析, 通过电化学工作站测试复合材料的线性伏安曲线、交流阻抗。结果表明, MoSe₂与TiO₂形成了p-n异质结, 降低了光生电子和空穴的复合以及电荷转移电阻显著降低, 使载流子浓度、光电流密度明显增大。沉积电压为-0.5 V, 2 mmol/L H₂SeO₃沉积30 s, 经过300 ℃热处理的MoSe₂/TiO₂复合材料具有优异的光电化学性能, 在0 V偏压条件下光响应电流密度为1.17 mA/cm ², 是空白样品的3倍, 电荷转移电阻从331.6 Ω/cm ²下降到283.9 Ω/cm ²。当热处理温度为330 ℃时, MoSe₂会发生团聚, 堵塞TiO₂基底, 使得MoSe₂/TiO₂吸光能力减弱, 综合性能变差。     

自清洁SiO2/TiO2减反膜的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了SiO₂溶胶和TiO₂溶胶，利用浸渍提拉法在光伏玻璃上制备了SiO₂/TiO₂减反膜。用光谱透射比测量仪和椭偏仪测定了薄膜的透光率和折射率，通过场发射扫描电子显微镜观察了薄膜的形貌结构，最后考察了薄膜的自洁性能和耐候性能。结果表明：随着溶胶中TiO₂浓度的升高，SiO₂/TiO₂减反膜的厚度不断增加，而透光率逐渐减小，折射率逐渐增大。在波长为600nm时，TiO₂浓度最低的减反膜(ST-300)的透光率为94.4%,折射率为1.33。ST-300减反膜的表面平整，结构致密。光催化2h后，ST-300减反膜可将10mg/L的甲基蓝溶液降解11.2%,经过耐候处理后，其透光率衰减值仅0.08%～0.15%。     

基于二氧化钛纳米管的染料敏化电池光阳极研究

本文报道了一种基于二氧化钛(TiO₂)纳米管的染料敏化太阳能电池。用二次阳极氧化法在钛箔上生长出高度有序的TiO₂纳米管薄膜, 然后将完整剥落的纳米管薄膜结合TiO₂纳米颗粒的浆料转移到掺杂氟的SnO₂透明导电玻璃(FTO)基底上, 从而获得一种特殊的染料敏化光阳极。对比了不同长度的TiO₂纳米管的电池性能, 发现经TiCl₄处理长度为32.8 μm的TiO₂纳米管对应的电池表现较好的光电转换效率, 达到4.15%。通过X射线衍射分析了高温退火对纳米管晶化结构的影响。电化学阻抗谱分析表明: 光电子传输对光阳极纳米管层厚依赖性强, 随着纳米管长度的增长, 界面电阻呈明显的减小, 这一结果对于理解和进一步改善染料敏化电池光阳极内部电子输运过程具有重要意义。     

纳米TiO2/碳化植物纤维复合材料的制备与光催化性能

以碳化植物纤维(CPF)为载体,将纳米TiO₂附着于纤维表面,通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO₂/CPF复合光催化剂,并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO₂/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成;以光催化降解亚甲基蓝为模型反应,考察复合材料中不同纤维种类和TiO₂负载量对光催化活性的影响。结果表明,在一定范围内随TiO₂负载量的增加,纳米TiO₂/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO₂/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO₂和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基,但羟基自由基是主要物种。此外,浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO₂在纤维表面的存在形式不同,浸渍煅烧法生成纳米TiO₂薄膜,包裹纤维;而溶剂热法生成的TiO₂结晶成纳米颗粒,附着于纤维表面。      

波浪纹黑色二氧化钛微米管的制备及其光催化性能研究

为了提高TiO₂的光催化性能，以钛酸丁酯(TBT)为钛源通过溶胶-凝胶法制备出TiO₂前驱体，再以棉纤维为模板，将吸附有TiO₂前驱体的棉纤维煅烧后得到了一种表面呈波浪纹的TiO₂微米管，随后通过原位固态还原法，以硼氢化钠(NaBH₄)为还原剂制备出黑色二氧化钛(TiO_2-x)光催化剂。采用X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱等手段对样品晶体结构与表面化学状态进行表征。以可见光下亚甲基蓝(MB)的光降解反应为模型，对所制备的TiO_2-x的光催化性能进行评估。结果表明：相比于TiO₂,TiO_2-x在可见光下具有更高的催化活性，3h内对MB的降解率达到65.1%,是一种性能优异的光催化剂。     

CNTs/TiO2复合物制备及光催化性能研究

在不使用表面活性剂的情况下, 采用溶胶-凝胶法成功制备CNTs/TiO₂复合物, 利用XRD、TEM、HRTEM和SAED对样品的结构和形貌进行了表征。选取亚甲基蓝溶液为目标降解物, 利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了CNTs/TiO₂复合物的光催化活性, 系统研究了CNTs掺杂量对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经450℃煅烧, 锐钛矿相TiO₂通过C-O-Ti键均匀地涂覆在CNTs表面, TiO₂颗粒尺寸约16 nm。CNTs/TiO₂复合物光催化活性明显高于纯TiO₂, 当CNTs掺杂量为1wt%时, CNTs/TiO₂复合物对亚甲基蓝的催化降解效率最高, 比纯TiO₂提高11.7%。     

纳米TiO2/硅藻土复合材料光催化降解作用研究

以硅藻土为载体, 四氯化钛为前驱体, 采用水解沉淀法制备了纳米TiO₂/硅藻土复合材料。结合XRD、SEM、氮气吸脱附等表征手段, 探究了复合材料对罗丹明B的光催化性能, 对影响复合材料光催化性能的因素进行了研究。结果表明: 锐钛矿型纳米TiO₂以团聚体和分散状负载于硅藻土表面。催化剂用量、染料溶液pH、无机离子、光照强度等因素都会在不同程度上影响TiO₂/硅藻土复合材料的光催化性能。在染料初始浓度为10 mg/L, 催化剂用量1.0 g/L, 紫外光强度为300 W, 光照60 min的条件下, 罗丹明B光催化降解率达到99.8%。     

银掺杂TiO2可见光催化剂的制备与表征

制备了Ag掺杂二氧化钛可见光催化剂(Ag/TiO₂),优化了Ag掺杂量、焙烧温度、焙烧时间等制备条件，采用SEM、EDS、XRD、FT-IR、TGA等对Ag/TiO₂进行了表征。结果表明，在Ag掺杂量为1.0%、焙烧温度800℃、焙烧时间3h的优化条件下，Ag/TiO₂在可见光下降解40mg/L的亚甲基蓝，降解率达到了96.85%,与TiO₂在紫外光条件下的光催化降解相当。表征结果表明，Ag被成功地掺杂到了粒子表面，且在TiO₂的表面缔合，这有效地拓宽了TiO₂在可见光区的吸收，增强了Ag/TiO₂光催化剂的光谱响应，大幅度提高了Ag/TiO₂在可见光下的催化活性。     

MoS2修饰TiO2纳米管阵列光电化学性能研究

通过阳极氧化法在乙二醇电解液中制备TiO₂纳米管阵列, 以钼酸钠和硫脲作为钼源和硫源, 并添加半胱氨酸为辅助剂, 水热法制备纳米花状二硫化钼修饰的TiO₂纳米管阵列。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和拉曼光谱对复合材料的晶型、形貌、物相等进行分析, 通过电化学工作站测试复合材料的线性扫描伏安曲线、电化学阻抗谱和莫特-肖特基曲线。结果表明: MoS₂/TiO₂复合材料形貌比较规整均匀, MoS₂纳米花尺寸约为200 nm; MoS₂与TiO₂复合有利于形成异质结, 促进光生电子和空穴的分离; 当钼酸钠浓度为0.8 mmol/L时制备的复合材料光化学能转化率为纯氧化钛的2.89倍, 达到了1.65%, 而且复合材料的电荷转移电阻降低了约50%, 光生载流子浓度提高了24倍, 达到了3.38×10²³ cm^-3, 具有非常优异的光电化学性能。