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。     

贵金属改性TiO2光催化剂的机理及研究进展

利用贵金属改性TiO2光催化剂是提高TiO2光催化活性的主要方法之一,在离子掺杂改性TiO2研究中受到重点关注。综述了贵金属改性TiO2光催化剂的机理,总结了贵金属改性TiO2光催化剂的主要制备方法,分析了目前贵金属改性TiO2光催化剂研究中存在的问题,指出通过某些贵金属掺杂TiO2光催化剂能克服贵金属表面沉积改性方法的不足,并能有效改善TiO2光催化剂的光催化性能。     

不同催化剂可见光催化H2O2降解莠去津的性能研究

以锐钛矿型TiO2(记为A)以及Fe3+改性后的锐钛矿型TiO2(记为Fe-A)为光催化剂,以内分泌干扰物莠去津为目标污染物,研究了H2O2加入前后对两种不同催化剂可见光催化降解莠去津的影响,及其可见光催化降解莠去津的反应机理。结果表明:在H2O2存在的条件下,锐钛矿型TiO2可见光催化降解莠去津的光催化性能有了一定的提高,而Fe3+改性过后的锐钛矿型TiO2可见光催化降解莠去津的性能却得到显著提高,反应1h,降解率便达到98%。形成这种结果的原因可以初步判定为前者是H2O2吸附于锐钛矿型TiO2表面形成特殊结构,产生的O2-.主要起氧化降解作用,而后者则由于其溶出的Fe3+与H2O2作用在可见光下发生光芬顿反应,进而对莠去津起到良好的降解效果。     

纳米TiO2光催化剂可见光活性研究进展

作为新型环境污染治理技术和新型能源技术,纳米光催化是近年来国际上最为活跃的研究领域之一.纳米TiO2是目前最具应用前景的光催化剂之一,但其可见光活性低,不能有效利用太阳光,使其广泛工业应用受到极大的限制.本文主要从离子工程技术、非金属元素掺杂、共掺杂、多孔载体复合、机械化学法等方面系统地介绍了目前国内外在提高纳米TiO2光催化剂可见光活性的研究现状和最新成果.     

离子掺杂改性TiO2光催化剂的理论研究进展

光催化技术是一种治理环境污染的新技术,但由于存在2个瓶颈问题(光催化活性需要紫外光激发及量子转换效率低)而制约了其推广应用。围绕上述问题,国内外开展了大量的改性研究并取得了一定的成果,尤其是近年来开始重视该方面的理论研究,这对推动光催化技术的发展起到了重要作用。介绍了本课题组及文献报道的对离子掺杂锐钛矿相TiO2光催化材料理论研究方面取得的主要结果,总结了不同离子掺杂及共掺杂对TiO2晶体结构、电子结构、光学性质和光催化性能的影响规律,提出了如何选择合适的掺杂离子以便有效地提高TiO2光催化性能的方法。     

TiO2复合膜的制备及改性研究进展

随着工业的发展,废水排放量的不断增加,对环境造成了极大的污染。因此,需要一种高效的废水处理方法。膜分离技术是去除水中污染物的一种可持续、高效的现代分离技术,已被广泛应用于废水处理方面。TiO₂作为一种常用的去除污染物的催化剂,具有化学稳定性好、无毒无害、催化活性高等特点。而将TiO₂纳米颗粒添加至聚合物基质中制备的TiO₂复合膜,不仅可以避免TiO₂在水溶液中易团聚的问题,而且能提高聚合物膜在高温下的渗透选择性和稳定性。重点介绍了TiO₂复合膜的制备方法,探讨了复合膜的改性技术及降解废水中污染物的机理。并针对TiO₂复合膜材料在污染物降解应用中存在的问题,提出了相关研究趋势,旨在为TiO₂复合膜材料的理论研究和工业推广应用提供参考依据。     

Bi2O2CO3/TiO2复合粉体的制备及其光催化性能研究

采用水热法制备了Bi2O2CO3,并将其与TiO2进行了复合。XRD数据表明此复合光催化剂中Bi2O2CO3结晶性良好,紫外-可见漫反射光谱说明Bi2O2CO3的加入使其吸收带边有一定的红移。研究了紫外-可见光照射下Bi2O2CO3/TiO2复合光催化剂对亚甲基蓝溶液的降解性能,结果表明当Bi2O2CO3与TiO2的质量比为0.032时,得到性能最优的复合光催化剂,其光催化活性优于TiO2。     

水热法合成TiO2/Fe3+光催化剂及其氧化降解亚甲基蓝

以硫酸钛为钛源,采用水热法合成了TiO2/Fe3+光催化剂,利用XRD对产物晶体结构进行表征,研究在紫外光(365nm)照射下用合成的TiO2/Fe3+粉末催化降解亚甲基蓝的效果,分析了亚甲基蓝初始浓度、TiO2/Fe3+用量、掺Fe3+量、光照时间和溶液初始pH值等因素的影响;考察了溶液初始pH值对TiO2/Fe3+粉末的吸附性能和光催化活性的影响。结果表明:合成的TiO2/Fe3+晶体为锐钛矿型(A-TiO2)。在4mg/L的亚甲基蓝溶液(pH=8)中,加入掺Fe3+量0.8%(摩尔分数)合成的TiO2/Fe3+粉末使其用量为0.6g/L,室温下紫外光照反应6h,亚甲基蓝的降解率达到98.2%。在上述优化条件下,当溶液的pH<6时,催化剂对亚甲基蓝的吸附量和光催化效率均较低,且二者随pH升高而显著增加;当pH≥6时,对亚甲基蓝的吸附作用较大,因此较明显地提高了光催化活性。     

可见光下利用ZrO2(Er3+)/TiO2光催化降解海水中柴油污染

通过共沉淀法自制上转换材料与TiO_2复合的纳米光催化剂;利用SEM、XRD等方法对光催化剂进行表征;通过改变催化剂掺杂比、pH值、催化剂投入量、光照时间和柴油初始浓度研究了可见光下光催化降解海水中柴油污染的影响因素以及复合光催化剂ZrO_2(Er3+)/TiO_2的利用效率,通过正交试验优化海水中柴油污染的降解;进行动力学分析,计算总反应速率表达式。结果表明,当柴油初始浓度为0.20g/L,催化剂投加量为0.8g/L,催化剂掺杂比为40%,pH为7,光照时间为2.5h时,复合光催化剂的利用效率最高,柴油的去除率达到87.74%。ZrO_2(Er3+)/TiO_2在可见光下能够有效地降解海水中的柴油污染。     

活性炭负载纳米TiO2光催化降解气相丙酮

以钛酸四丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制得Fe、N离子共掺杂的以活性炭(AC)为载体的光催化剂(TiO2/AC),在紫外光照射下进行了气相丙酮的光催化降解研究。探讨了丙酮初始质量浓度、紫外光光强、催化剂用量、反应器内湿度等因素对其降解率的影响。结果表明,活性炭与TiO2的协同作用大大提高了对丙酮的降解效果;紫外光光强的增加对丙酮降解率有一定提高;使用3g光催化剂,丙酮的初始质量浓度为39.40mg/L;反应器内相对湿度为63%时,丙酮的降解效果最好,降解反应155min后丙酮的降解率达92.63%;催化剂循环使用6次后丙酮的降解率为83.91%。     

掺Fe3+A-TiO2的水热法制备及其光催化性能研究

采用水热法以硫酸钛为原料制备了掺Fe3+ TiO2粉末,并通过SEM、TEM和XRD测定了样品的形貌和晶型,研究了自制掺Fe3+TiO2对甲基橙溶液的光催化降解作用.结果表明,所制备的TiO2为锐钛矿型(即A-TiO2).254nm紫外光照射下,用自制掺Fe3+A-TiO2降解甲基橙溶液的最佳条件是:在12mg/L甲基橙溶液中加入0.050g掺5%Fe3十(摩尔分数)的A-TiO2粉末,28℃恒温反应4h,降解率达到62.52%.同样条件下不加A-TiO2时甲基橙自身光解率为16.73%,加入纯A-TiO2时甲基橙降解率为51.75%,而加入掺杂10%Fe3+的A-TiO2其降解率为59.01%.     

磁控溅射制备Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜的上转换发光特性

Al_2O_3作为太阳能电池的钝化层,如果掺入稀土元素Er~(3+)通过吸收红外光并将其上转换为可见光被硅吸收,则可以提高太阳能的利用率。本文采用磁控溅射法制备得到厚度为500 nm左右的不同浓度Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜。X射线衍射测试表明薄膜由θ-(Al,Er)_2O_3、Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3相构成。通过波长980nm的激光器激发产生光频上转换,获得了490 nm的绿光和670nm的红光发光,分别对应于Er~(3+)的~4F_(7/2)→~4I_(15/2)和~4F_(9/2)→~4I_(15/2)的能级跃迁。当Er~(3+)掺杂浓度为0.6%(摩尔比)时,上转换发光强度最强。上转换发光强度受到Al_(10)Er_6O_(24)和ErAlO_3晶体的生成以及Er~(3+)掺杂浓度的影响,并且对红光的影响要大于绿光。Er~(3+)掺杂Al_2O_3薄膜相比粉体材料具有较低的声子态密度,从而抑制了Er~(3+)无辐射跃迁,得到了不同于粉体材料的490nm绿光的发光。     

Fe3+-SiO2掺杂纳米TiO2的制备及其光催化降解甲基橙的研究

以三嵌段非离子表面活性剂P123为模板,采用水热法制备了Fe3+-SiPO2掺杂纳米TiO2,通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等手段考察了Fe3+-SiO2掺杂纳米TiO2的结构与光学特性.实验结果表明:Fe3+、SiO2掺杂进入TiO2的晶格,可获得高纯度锐钛矿相纳米TiO2.Fe3+和SiO2的加入有助于抑制金红石相的形成和晶粒长大,提高了TiO2的热稳定性.Fe3+-SiO2掺杂将TiO2的光响应范围拓宽至可见光区,提高了纳米TiO2的光催化性能.与纯纳米TiO2相比,Fe3+-SiO2掺杂纳米TiO2光催化降解甲基橙的性能显著提高.     

稀土La3+掺杂TiO2纳米线的制备及其性能研究

采用水热法制备了钛酸钠纳米线、TiO2纳米线和La3+/TiO2纳米线。利用XRD、SEM、HREM、XPS和UV-Vis等技术手段对样品微观结构、光学性能和表面元素价态进行了分析;并以甲基橙溶液为目标污染物测试其光催化性能。研究表明,实验合成了直径为50～200nm、长度为十几微米到几十微米的钛酸钠纳米线,并通过对微观结构的分析,初步确定其分子式为Na2Ti3O7,钛酸钠纳米线经过氢离子和镧离子进行离子交换并高温烧结得到了TiO2纳米线和La3+/TiO2纳米线;钛酸钠纳米线对甲基橙溶液几乎没有光催化降解作用,而TiO2纳米线具有较高的光催化活性,其中样品La3+/TiO2纳米线光催化性能最强。     

静电纺丝法制备Fe3+/TiO2纳米纤维及表征

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为纤维模板,钛酸四丁酯(Ti[O(CH2)3CH3]4)和Fe3+为前驱体,乙醇为溶剂,醋酸为催化剂,采用静电纺丝法制备不同含铁量的复合纳米纤维Fe3+/TiO2,经500℃煅烧得到以锐钛矿为主的Fe3+/TiO2纳米纤维。采用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别表征了Fe3+/TiO2纳米纤维的形貌与晶态,计算了样品的晶粒尺寸和锐钛矿所占的比例,并比较了5%Fe3+/TiO2纳米纤维、5%Fe3+/TiO2粉体以及纯TiO2纳米纤维三者光催化降解亚甲基蓝(MB)的效果。研究表明:由静电纺丝法制备的5%Fe3+/TiO2纳米纤维的光催化降解效果比相同含铁量的粉体的降解效果好,TiO2纳米纤维比5%Fe3+/TiO2纳米纤维的光催化活性高。     

掺杂TiO2的纳米多孔SiO2薄膜的制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法、分子模板法及旋转涂覆法在硅衬底上制备掺杂TiO2的SiO2薄膜，并采用差热分析（DSC-TGA）、红外吸收光谱（FTIR）、X射线衍射、小角衍射（SAXS）、原子力显微镜（AFM）、台阶仪（Atomic-Profiler）以及纸擦拭法（paper-wiping method）和胶带剥离法（adhesive tpe-stripping method）对薄膜的性能进行了分析与表征，结果表明，薄膜的最佳热处理温度为400℃，所制备的掺杂TiO2的SiO2薄膜为多孔结构的无定形态，具有较好的机械性能，平均孔径随着膜层的增加而减小，一层膜和两层膜的平均孔径分别为87.4nm和62.8nm，厚度分别为538.7nm和1032.3nm。     

微波法合成纳米TiO2及Fe3+掺杂纳米TiO2粉体的研究

通过控制盐的水解和微波辐射制备出晶粒尺寸为 6～ 2 5nm的TiO2 、Fe/TiO2 粉体。对水解温度、陈化时间、微波辐射的影响进行研究 ,发现TiO2 水解温度在 70～ 80℃、Fe/TiO2 水解温度在 6 5℃时 ,晶粒尺寸较小 ,而室温陈化时间的长短对晶粒尺寸没有大的影响 ,样品未微波辐射与微波辐射的晶粒尺寸、热性质等存在明显不同。通过XRD、TG DSC、TEM对制得的纳米粉体进行了表征     

深红波段LiAlO2:Fe3+荧光粉发光性能的研究

用高温固相合成法制得Li Al O2:Fe3+,通过正交实验确定最佳含量和反应条件:1 mol体系中,n(Li)/n(Al)=0.93,n(Fe)=0.006 mol,并在1470℃下灼烧3h。XRD分析确证为四方晶系。在λem=743nm监测下,激发光谱峰为266nm;且在λex=266nm的激发下,发射光谱峰为743nm,色坐标x=0.7352,y=0.2648。     

Fe~(3+)/Ti~(4+)赋存状态对钛酸铝/莫来石复合材料结构的影响

借助XRD、SEM和能谱分析仪等手段,研究了1 600℃煅烧中低品位矾土制备的钛酸铝/莫来石(Al_2TiO_5ss/3Al_2O_3·2SiO_2ss)复合材料经1 200℃保温12h后结构的稳定性。结果表明:高温煅烧中低品位矾土后,其合成材料的结晶物相组成为3Al_2O_3·2SiO_2ss、Al_2TiO_5ss和少量残存的方石英;Fe~(3+)或Ti~(4+)离子以不同形态赋存于结晶相(3Al_2O_3·2SiO_2ss和Al_2TiO_5ss)和非晶相。含Fe~(3+)/Ti~(4+)离子的3Al_2O_3·2SiO_2ss将Al_2TiO_5ss结晶相分割,使其蜷缩其间,并抑制Al_2TiO_5ss的分解;高温下,二者因组成元素相近而致使晶界融合,进而共同构建了体系牢固的致密骨架结构。由3Al_2O_3·2SiO_2ss和Al_2TiO_5ss等高温物相构成的致密结构将非晶相挤压于空隙结构的3Al_2O_3·2SiO_2ss晶间,避免了低熔点相富集带来的不利影响,进而赋予该Al_2TiO_5ss/3Al_2O_3·2SiO_2ss复合材料良好的结构稳定性。     

Enhanced Charge Separation through ALD‐Modified Fe2O3/Fe2TiO5 Nanorod Heterojunction for Photoelectrochemical Water Oxidation

Hematite suffers from poor charge transport and separation properties for solar water splitting. This paper describes the design and fabrication of a 3D Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ heterojunction photoanode with improved charge separation, via a facile hydrothermal method followed by atomic layer deposition and air annealing. A highly crystallized Fe₂TiO₅ phase forms with a distinct interface with the underlying Fe₂O₃ core, where a 4 nm Fe₂TiO₅ overlayer leads to the best photoelectrochemical performance. The favorable band offset between Fe₂O₃ and Fe₂TiO₅ establishes a type‐II heterojunction at the Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ interface, which drives electron–hole separation effectively. The Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ composite electrode exhibits a dramatically improved photocurrent of 1.63 mA cm^?2 at 1.23 V versus reversible hydrogen electrode (RHE) under simulated 1 sun illumination (100 mW cm^?2), which is 3.5 times that of the bare Fe₂O₃ electrode. Decorating the Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ heterojunction photoanode with earth‐abundant FeNiO_x cocatalyst further expedites surface reaction kinetics, leading to an onset potential of 0.8 V versus RHE with a photocurrent of 2.7 mA cm^?2 at 1.23 V and 4.6 mA cm^?2 at 1.6 V versus RHE. This sandwich photoanode shows an excellent stability for 5 h and achieves an overall Faradaic efficiency of 95% for O₂ generation. This is the best performance ever reported for Fe₂O₃/Fe₂TiO₅ photoanodes.