不同载体表面负载TiO2薄膜的离子掺杂研究

TiO₂薄膜是解决TiO₂回收的有效方法，缺点是TiO₂活性低，寻找合适的载体以及提高TiO₂薄膜的光催化活性,是TiO₂负载薄膜技术需要解决的核心问题。研究了13种离子对负载在釉面瓷砖、玻璃、陶瓷、钛片、铝片和不锈钢片6种载体上TiO₂薄膜的掺杂，并从界面材料结构、双电层结构等方面讨论了离子掺杂与载体对TiO₂薄膜光催化活性的影响。结果表明，TiO₂薄膜的离子掺杂效果不仅和离子掺杂浓度、种类有关，而且还与载体类型有关。TiO₂薄膜和非金属载体主要形成复合半导体结构，改善掺杂离子对载流子的捕获能力。金属载体与TiO₂薄膜之间主要形成肖特基势垒，有利于电子与空穴的分离。载体与TiO₂薄膜之间形成的界面双电层结构能改变离子捕获中心与TiO₂半导体费米能级间的相对位置，从而提高或降低离子对载流子的捕获能力。     

钨离子掺杂对钛片表面TiO2薄膜光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了负载在钛片上掺杂W⁶⁺的TiO₂薄膜光催化剂。研究结果表明,焙烧温度为520 ℃,TiO₂薄膜光催化剂活性最好;W⁶⁺的掺杂提高了TiO₂薄膜的光催化活性。当W⁶⁺掺杂浓度为6.04×10¹⁶个·cm^-3时,W⁶⁺-TiO₂薄膜光催化剂光催化活性最高,XRD结果表明,掺杂W⁶⁺前后TiO₂均为锐钛矿相,并未检测出任何钨的氧化物。     

不同金属离子掺杂TiO2薄膜的制备及光催化活性的研究

以溶胶-凝胶法制备了分别用Ag^+、Cu²⁺、Fe³⁺、La³⁺、Ce³⁺和Eu³⁺等离子掺杂的纳米TiO₂薄膜，经XRD和UV-Vis对薄膜样品进行表征并研究了其光催化活性。XRD结果证明，掺镧TiO₂薄膜与未掺杂薄膜的X射线衍射图基本一致，实验条件下主要为锐钛矿型，且掺入La^3+离子使得TiO₂薄膜的晶粒变小。UV-Vis吸收光谱说明当λ＞380 nm时，其吸光度低于0.15。薄膜光催化降解亚甲基蓝的实验表明,La³⁺或Fe^3+掺杂薄膜的光催化降解率远高于未掺杂TiO₂薄膜，而Ce^3+或Cu^2+离子掺杂薄膜与未掺杂薄膜的光催化活性相似，掺Ag⁺或Eu³⁺离子则降低了活性。当最佳掺杂量La³⁺为0.6%或Fe³⁺为1.5%时，光催化降解率分别高达92%和82%。     

掺杂铁纳米TiO2的制备及其光催化性能研究

分别采用水热法和溶胶-凝胶法制备了纳米级TiO₂和不同掺铁量的TiO₂纳米粒子。通过纯TiO₂和掺铁TiO₂分别作光催化剂时甲基橙溶液在紫外光下的光催化降解试验发现，溶胶-凝胶法掺杂铁离子可以有效地提高TiO₂光催化活性，而水热法掺杂铁使TiO₂的光催化活性明显降低。Fe/TiO₂摩尔比为0.01％～0.1％，随掺杂量的增大,TiO₂光催化活性逐渐降低。     

TiO2薄膜光催化剂的性能研究

采用溶胶-凝胶法在玻璃管上制备了透明的TiO₂薄膜，并利用XRD、Raman、UV-Vis和XPS技术对薄膜进行了表征。结果表明,在773 K焙烧的TiO₂样品在290～330 nm处的吸收明显强于573 K焙烧的样品。在573 K焙烧的情况下，薄膜基本为非晶态，但却表现出良好的光催化活性，并随着负载层数的增加，薄膜的光催化活性逐渐增加。在573 K以上，随焙烧温度的升高，TiO₂薄膜的光催化活性逐渐降低。     

沸石负载TiO2的光催化性能

以钛酸正丁酯和沸石为主要原料，采用溶胶-浸渍法制备出负载型纳米TiO₂/沸石催化剂。对亚甲基蓝模拟废水进行了光催化降解研究。分析比较了负载与非负载TiO₂降解效果的差异。探讨了pH对光催化降解率的影响。用FT-IR进行了结构表征。对催化剂进行了回收再生试验。结果表明，沸石负载的TiO₂光催化剂具有良好的光催化活性、不易失活及可再生性，TiO₂最佳负载量为2.98%。     

负载型TiO2/SiO2光催化降解苯酚的研究

以白炭黑为载体、聚乙烯醇 (PVA) 和 Ti(SO₄)₂ 为原料， 在分散剂存在下直接焙烧制备超细负载型 TiO₂/SiO₂ 光催化剂， 结果表明， 在450 ℃焙烧2 h所制 SO₄^2-/TiO₂-SiO₂（SO₄^2-质量分数3.4%，TiO₂∶SiO₂=1∶6，比表面积54 m²/g）具有最佳光催化效果。光催化苯酚结果显示,在紫外灯下光降解苯酚（＜100 mg/L）符合零级动力学方程，催化活性随pH值的增加而增加，pH=10时表观速率常数[WTBX]k[WTBZ]=0.33 mg/L·min，为苯酚废水处理提供了一条简便易行、成本低廉的方法。同时考察了光催化剂制备因素对催化剂活性的影响。     

纳米TiO2光催化材料离子掺杂的正电子湮没研究

采用正电子湮没技术研究了13种金属离子掺杂对纳米TiO₂光催化材料缺陷的影响,并讨论了离子掺杂对TiO₂光催化材料平均电子密度和光催化活性的影响。结果表明,纳米TiO₂光催化材料的缺陷主要是氧空位、孪晶界、位错和金属空位等。正电子湮没谱的分析表明,Fe³⁺、W⁶⁺和La³⁺高价态离子的掺杂降低纳米TiO₂的平均电子密度,低价态的Zn²⁺、Cu²⁺、Pb²⁺、Mn²⁺、Co²⁺和Ag⁺掺杂增大了纳米TiO₂的平均电子密度,Al³⁺、V⁵⁺、Ni²⁺和Cr³⁺的掺杂对纳米TiO₂平均电子密度没有影响。纳米TiO₂的离子掺杂寿命谱与光催化活性之间关系分析表明,Pb²⁺、La³⁺、Cr³⁺和Co²⁺掺杂时,材料中自由体积缺陷的形成不利于TiO₂光催化活性的提高,而Fe³⁺、W⁶⁺、La³⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ag⁺、Al³⁺、V⁵⁺和Ni²⁺掺杂时,则有利于TiO₂光催化活性的提高。     

TiO2光催化剂掺杂改性的研究进展

TiO₂在利用光能和环保等领域具有重要应用前景。由于TiO₂具有较大禁带宽度，限制其对太阳光等可见光能的利用。通过对TiO₂掺杂改性，合成出具有较窄禁带宽度和稳定性好的光催化剂，促进光催化剂的实际应用。介绍了TiO₂光催化作用机理，从金属掺杂、非金属掺杂和共掺杂等方面总结TiO₂催化剂掺杂改性的研究现状。     

La掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和不同La掺杂量的TiO₂纳米粒子，对样品进行了TG-DTA、XRD和UV-Vis 吸收光谱分析，并以染料废水甲基橙为目标降解物，考察了样品的光催化性能。结果发现，La的掺杂抑制了TiO₂粒径的长大，细化了晶粒；La掺入到TiO₂的晶格中，引起了晶格的畸变和膨胀；La的掺杂使TiO₂的吸收带边发生了红移；适量La的掺杂可提高TiO₂的光催化性能。试验条件下，最佳掺杂摩尔分数为0.1％。     

镍掺杂对二氧化钛光催化性能影响的研究

采用溶胶-凝胶法制备了纳米二氧化钛以及不同掺镍量的TiO₂纳米粒子(原料中Ni∶TiO₂的摩尔分数为1%、3%、5%、7%、9%)。用紫外光照射甲基橙溶液的光催化降解实验研究了掺镍对二氧化钛光催化剂催化效率的影响，试验结果表明,当用n（Ni）∶n（TiO₂）＝5%的Ni(NO₃)₂溶液进行镍掺杂时，制得的TiO₂催化剂光催化效率最高，但与纯TiO₂相比，镍掺杂会减弱TiO₂的光催化效率。X射线衍射分析表明，未掺杂的TiO₂以锐钛矿和金红石两种晶型混合存在，镍掺杂后TiO₂的晶型几乎全为锐钛矿。镍掺杂后会减小TiO₂粒子的尺寸，增大其比表面积。     

纳米TiO2陶瓷珠膜的制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为前驱体，采用溶胶-凝胶法，在低温或常温下通过溶液中发生水解、聚合等化学反应，生成溶胶，进而生成具有一定空间结构的凝胶，经过干燥、减压和热处理，制备出纳米TiO₂并在陶瓷珠载体上附着。研究了陶瓷珠负载TiO2对阳离子蓝的光催化降解性能。     

液相沉淀法制备纳米TiO2及其光催化性能的研究

提出了一种以TiSO₄为前驱体的制备锐钛矿型纳米TiO₂的液相沉淀法。通过控制适宜的制备条件，可将Ti^4+的初始浓度提高到15 mol·L^-1。以丙烯酰胺的光催化降解为模型反应，考察了所制备TiO₂的光催化活性。与萃取沉淀法制备的TiO₂和工业催化剂相比，该法制备的TiO₂不仅产率高，而且催化活性较好。     

掺镧纳米TiO2的光催化性能研究

研究了掺镧纳米TiO₂的物理特性及光催化活性，探讨了它们之间的关系，通过对甲基橙和罗丹明两种不同结构物质的降解实验，发现掺镧纳米TiO₂光催化性能具有广泛性。用于实际印染废水处理，再次验证掺镧能提高TiO₂的光催化效能，掺镧摩尔分数为0.02%时光催化效果最好。     

离子液体中微波辅助制备氮掺杂纳米TiO2及光催化活性

在1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([Bmim]PF6)离子液体中,用溶胶-凝胶法以及微波干燥的方法制备了N掺杂的纳米TiO2光催化剂,以甲基橙为模拟污染物,高压汞灯为光源,考察了离子液体加入量、N掺杂量和微波干燥等因素对TiO2光催化活性的影响。结果表明,N掺杂TiO2催化剂的活性高于未掺杂TiO2催化剂,在离子液体加入量为5.6 mL,掺杂量n(氯化铵)∶n(钛酸丁酯)=4∶1,在家用微波炉210 W功率干燥20 min,马弗炉625℃焙烧处理1.5 h,所制得的氮掺杂纳米TiO2光催化剂,具有较高的光催化活性。     

Zn掺杂TiO2的制备及其光催化降解甲基橙性能

采用沉淀法制备了不同掺杂量的Zn/TiO₂催化剂,以光催化降解甲基橙为探针反应,考察其光催化活性,并采用紫外漫反射和X射线衍射对其进行结构表征。研究结果表明,Zn的掺杂量对催化剂活性影响较大,最佳掺杂物质的量分数为1.5%;催化剂的紫外漫反射微分曲线的峰值变化与其活性变化一致,1.5%(物质的量分数) Zn/TiO2的微分峰值最大。X射线衍射分析表明,少量Zn高度分散在TiO₂晶格中。Zn掺杂物质的量分数1.5%时,添加2 g·L^-1的Zn/TiO₂催化剂,甲基橙降解的最佳条件：pH＝3,浓度15 mg·L^-1,降解率最高达98.6％。     

氮掺杂对SrTiO3光催化性能的影响

以尿素为氮源,利用溶胶-凝胶法制备了掺氮的N-SrTiO₃光催化剂。采用XRD、SEM和UV-Vis对N-SrTiO₃的物相、形貌和吸光性能进行表征,以高压汞灯为光源,通过甲基橙脱色率考察催化剂活性。结果表明,氮元素的掺杂增强了SrTiO₃在可见光区的吸收强度,当制备过程pH=3～4、n(N)∶n(Sr)=6∶1和焙烧温度800 ℃时,甲基橙溶液降解率达72.69%,未掺杂样品降解率为28.55%。