稀土钕掺杂氧化锌纳米材料的制备及对罗丹明B的降解研究

采用直接沉淀法对纳米氧化锌做稀土掺杂改性,制备了钕掺杂纳米氧化锌,并采用X射线衍射、扫描电子显微镜、固体荧光光谱等测试手段对产品做了分析与表征,考察掺杂对氧化锌的物相、晶体结构、荧光性质的影响,将其应用于废水中罗丹明B的光催化降解。结果表明：钕掺杂可大幅度提高纳米氧化锌在汞灯照射下的光催化性能。随着掺杂量增加,掺杂氧化锌纳米材料的光催化降解性能逐渐升高,掺加7%（物质的量分数）钕的纳米氧化锌对罗丹明B的去除率可达89.62%。     

ZIF-8制备原位碳掺杂氧化锌及其光催化性能研究

以ZIF-8为前驱体,采用热解法制备碳掺杂氧化锌。分别研究ZIF-8在350、400、450 ℃下煅烧以及陈化10 min、3 h、24 h对制备原位碳掺杂氧化锌的影响。通过热重（TG）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）研究样品的形貌和结构;紫外可见漫反射光谱（UV-vis）和光致发光光谱（PL）证明原位碳掺杂氧化锌具有可见光吸收能力和更低的光生载流子复合率;DFT模拟计算表明氧化锌晶格中掺入碳元素能有效减小带隙值。原位碳掺杂氧化锌较纯氧化锌在可见光和紫外光照射下的光催化性能分别提高1.5倍和3.0倍。空穴和羟基自由基是原位碳掺杂氧化锌光催化降解体系的主要活性基团,并由此提出了碳掺杂氧化锌的光催化机理。     

铁掺杂二氧化钛的结构及其可见或紫外光下对有机物催化降解的行为探析

采用水热法制备出铁掺杂二氧化钛晶体粉末,以红外光谱仪和X射线衍射仪对其结构进行分析,研究光催化剂在可见光或者紫外光的照射下对有机物的催化降解行为,经过红外光谱仪的分析,以水热法制出备的二氧化钛结构中含有大量的羟基成分,具有良好的光催化活性,而经过X射结衍射仪的测试分析,制备出的二氧化钛晶体属于锐钛矿型,另外,在相同条件下,紫外光照射下的甲基紫降解效率要好于可见光,在优化条件下,掺杂2%的铁的二氧化钛晶粉末对甲基紫的最大降解率分别为59.44%和96.12%,不掺杂铁的二氧化钛晶体粉末的光催化降解率分别为26.53%和41.89%,而掺杂8%的铁的二氧化钛晶体粉末的光催化降解率分别为37.57%和48.61%。     

TNAs的制备条件及可见光下GQDs/TNAs复合材料的性能初探

采用阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管阵列（TNAs），探索了制备条件对TNAs表面形貌结构的影响；并采用电泳法制备了石墨烯量子点/二氧化钛纳米管阵列（GQDs/TNAs）复合材料，以罗丹明B为目标降解物，初步考察了复合材料的光催化性能；进而通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱、紫外-可见漫反射（UV-vis DRS）、电化学阻抗（EIS）和光电压响应等手段对其结构和光电学特征进行了分析。结果表明，氧化次数和电解液类型对TNAs排列的有序性具有显著影响，二次氧化时间、二次阳极电压和NH₄F质量分数对TNAs的管长、管径具有明显影响；适宜条件下GQDs的掺杂有助于提升TNAs的光催化性能，经120min的可见光照射后，制备的GQDs/TNAs复合材料对罗丹明B的降解率达到70.3%，较TNAs提高了19.7%，且具有良好的稳定性；光电学测试同样表明该GQDs/TNAs复合材料的光吸收效率和光电子转移能力较TNAs有明显提高。     

稀土掺杂混晶TiO2薄膜的制备和性能

利用溶胶-凝胶法在瓷片表面制备了纯的和少量Eu3 掺杂的TiO2薄膜,并用X-射线衍射技术对样品进行了表征。研究了少量Eu3 掺杂对样品相结构、晶粒尺寸和光催化降解亚甲基蓝活性的影响。利用相结构与TiO2薄膜光催化活性关系,探讨了少量Eu3 掺杂对TiO2薄膜的光催化活性的影响。结果表明,与纯TiO2薄膜相比,适量掺杂Eu3 可以显著提高其光催化活性。当Eu3 的质量分数为0.02%,TiO2薄膜的光催化活性最佳,降解率为62%,金红石相质量分数为17.2%,平均晶粒粒径为20 nm;Eu3 掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变并减小了晶粒尺寸,有利于提高光催化活性。     

铅-二氧化钛薄膜的制备与光催化性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,醋酸铅为铅物种掺杂给体,采用溶胶-凝胶法制备经铅掺杂改性的二氧化钛溶胶,利用浸渍提拉法在普通玻璃片上制备铅-二氧化钛薄膜,利用X射线衍射（XRD）及扫描电镜（SEM）测试手段对制备的样品进行表征,考察煅烧温度、掺铅量等影响因素。以甲基橙溶液为模拟污染物,30 W紫外灯为光源,考察了铅-二氧化钛薄膜的光催化活性。研究结果表明,掺杂适量的铅离子可以促进二氧化钛锐钛矿相含量的增加及晶粒尺寸的减小;随着煅烧温度的升高,铅-二氧化钛的结晶度提高,复合薄膜表面的二氧化钛颗粒形貌逐渐变为规则形状。当煅烧温度为600 ℃、铅质量分数为0.3%时,复合薄膜具有较好的光催化活性。     

凹凸棒土负载氧化锌-二氧化钛的制备与性能

以凹凸棒土(ATP)作载体,硫酸氧钛、硫酸锌及碳酸铵为原料,采用化学沉淀法制备凹凸棒土负载氧化锌-二氧化钛(ATP/ZnO-TiO₂)纳米复合材料,并用XRD,TEM测试手段对样品进行了表征。以其对活性大红(BES)的降解效果作为评价其光催化性能的标准,对制备条件进行了优化。结果表明：ATP与二氧化钛的质量比为20%、二氧化钛与氧化锌的物质的量比为10∶1、煅烧温度为450 ℃下制备的复合材料光催化降解活性大红的效果最佳;与凹凸棒土负载二氧化钛（ATP/TiO₂）及凹凸棒土负载氧化锌（ATP/ZnO）相比,复合材料具有良好的可见光光催化性能。     

钴掺杂二氧化钛光催化剂制备及光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了纯二氧化钛和不同钴掺杂量的二氧化钛复合纳米粒子。并用XRD、UV-Vis对样品组织结构进行了表征。以甲基橙（OM）的光催化降解为探针反应,评价了可见光催化活性,研究了不同热处理温度、不同钴掺杂量对二氧化钛光催化性能的影响。确定了最佳钴掺杂量和热处理温度分别为1%（物质的量分数）和600  ℃。在此条件下,钴的掺杂对二氧化钛的相变有很大的抑制作用,并使其光谱响应范围向可见光区拓展。与未掺杂的二氧化钛相比较,经钴掺杂的二氧化钛具有更高的催化性能。     

金属氧化物对氢氧化镁阻燃EPDM体系性能的影响

研究三氧化二铁、二氧化钛及氧化锌对氢氧化镁阻燃EPDM体系性能的影响。结果表明:氧指数随金属氧化物用量的增大先增大后减小,在三氧化二铁或氧化锌用量为1份、二氧化钛用量为1.5份时分别达到最大值。随着氧化锌用量的增大,烟密度减小,而随着三氧化二铁或二氧化钛用量的增大,烟密度逐渐增大。高温箱式电阻炉燃烧试验结果表明,3种金属氧化物均可以略微增大胶料的残重率,其中三氧化二铁胶料的残重率最大,氧化锌胶料的残重率最小。拉伸强度及压缩永久变形都随着金属氧化物用量的增大而减小。     

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。     

磁性光催化剂Fe3O4/SiO2/TiO2的制备及光催化降解苯酚

采用撞击流-旋转填料床辅助沉淀法连续制备Fe₃O₄磁性纳米颗粒,然后采用溶胶-凝胶法制备了具有磁性核壳结构Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂颗粒,通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析仪（TGA）、振动样品磁强计（VSM）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis）等对材料的微观结构、形貌及性能进行了表征。考察了正硅酸乙酯添加量、铁钛比对Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂磁性催化剂催化性能的影响。结果表明：制得的Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂结晶度好,磁响应性高。当正硅酸乙酯添加量为20mL、铁钛比为1∶8时,制备的Fe₃O₄/SiO₂/TiO₂纳米光催化剂表现出较高的光催化活性和磁性能,紫外光照射2h后,苯酚水溶液降解效率高达86.7%。     

Photocatalytic performance of nanometer-sized FexOy/TiO2 particle synthesized by hydrothermal method

The nanometer particles of two Fe_xO_y/TiO₂’s with high photocatalytic activities were obtained through hydrothermal treatment and impregnation method. The XRD result did not show the peaks assigned to the Fe components (for example Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO₃, and Fe metal) on the external surface of the anatase structure in the Fe_xO_y/TiO₂ attained through hydrothermal treatment. This meant that Fe components were well incorporated into the TiO₂ anatase structure. In addition, it exhibited uniform anatase structure with particle size of below 50 nm. The FeO₃ component on the external surface of the TiO₂ anatase structure was identified in the Fe-loaded TiO₂ prepared through the impregnation method. In particular, the FT-IR spectroscopy revealed that the Fe_xO_y/TiO₂ particle attained through hydrothermal treatment had higher hydrophilic property compared to the other catalysts. Together with the Fe component, they absorbed wavelength of above 370 nm. The band slightly shifted to the right without tail broadness, which was the UV absorption of Fe oxide in the Fe_xO_y/TiO₂ particle attained through hydrothermal method. This meant that Fe components were well inserted into the framework of the TiO₂ anatase structure. Despite the red shift in UV-Vis absorption, however, CHCl₃ decomposition on the Fe_xO_y/TiO₂ catalyst was not largely enhanced compared to pure TiO₂.     

Effect of substrate on the phase transformation of TiO2 in pearlescent pigment

The TiO₂/substrate pearlescent pigments were prepared by the hydrolysis of TiOCl₂ on the substrate followed by a calcinations process. The natural mica (muscovite), synthetic mica (fluorophlogopite) and -alumina flake were selected as the substrates for pearlescent pigments. The effect of substrate on the anatase to rutile (A–R) phase transformation of TiO₂ was studied. The A–R phase transformation of TiO₂ during the preparation of pearlescent pigments and their proportion in the TiO₂ layer have been analyzed by XRD measurements. The phase compositions of TiO₂ layer in each pearlescent pigment are quite different depending on the substrates. The TiO₂ layer deposited on -alumina has higher rutile fraction than those on the natural and synthetic mica. The XPS analysis showed that the cations originally present in the substrates diffused into the TiO₂ layer. The TiO₂ layer deposited on -alumina contains Al, while those on the natural and synthetic mica substrates contain Si and K in addition to Al. The metal cations diffusing from the substrate into TiO₂ layer might retard the A–R phase transformation of TiO₂. The suppressing effect on the A–R transformation of TiO₂ by mixed cations seems to be much stronger than that of single cation, resulting in relatively higher rutile fraction in the case of TiO₂ layer deposited on -alumina.     

Fe2O3掺杂对氧化锌线性电阻的影响

利用固相烧结法制备出基础配方为ZnO–A1₂O3–MgO–TiO₂–SiO₂–Fe2O3的ZnO线性电阻。研究了Fe₂O₃掺杂量对ZnO线性电阻微观结构、阻温特性和阻频特性的影响。结果表明:当Fe₂O₃掺杂量为0.75%(质量分数)时,氧化锌线性电阻的非线性系数为1.1₂,阻温系数取得–8.23×10^–3/℃,此时样品的综合性能最好。     

Fe-Sr2Bi2O5光催化降解低密度聚乙烯膜

采用共沉淀法合成的新型光催化剂(Fe-Sr₂Bi₂O₅)与低密度聚乙烯(LDPE)通过熔融共混制备了一种新型光催化降解复合膜(Fe-Sr₂Bi₂O₅/PE)。通过力学性能、接触角、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和场发射扫描电镜(FESEM)等表征手段研究了该催化剂在室温条件下固相光催化降解LDPE复合膜的性能变化。结果表明:Fe-Sr₂Bi₂O₅在紫外光和可见光条件下对LDPE均具有较好的光催化降解能力,其中,紫外灯照射10 d后,Fe-Sr₂Bi₂O₅/PE复合膜断裂伸长保留率低于5%,拉伸强度保留率低于40%,接触角降低22.52°,已完全脆化;同时,LDPE复合膜中出现明显的羰基等降解特征吸收峰和降解孔洞;与Sr₂Bi₂O₅和TiO₂相比,Fe-Sr₂Bi₂O₅对LDPE具有更好的降解效果。综上所述,在紫外光和可见光条件下,Fe-Sr₂Bi₂O₅对LDPE具有明显的光催化降解作用,为未来光催化降解聚乙烯(PE)提供了一定的新依据。     

碳酸银光催化性能研究

银系光催化剂制备方法简单且带隙较窄,在可见光照射下具有良好的光催化效果,因此受到人们的广泛关注。以罗丹明B为降解物,在模拟可见光条件下利用碳酸银进行光催化降解实验,比较同等条件下碳酸银和二氧化钛的光催化性能,探究了碳酸银在不同pH、降解物质量浓度和催化剂投加量条件下的光催化活性,并利用总有机碳（TOC）分析矿化程度。通过X射线衍射仪（XRD）、激光拉曼光谱仪（RRS）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和紫外吸收光谱仪（UV-Vis）对碳酸银进行表征并分析其晶相组成。结果表明,在同等条件下碳酸银对罗丹明B的光催化降解速率远大于二氧化钛,并且在溶液pH小于7、碳酸银投加量为 1 g/L条件下催化剂对质量浓度为5 mg/L的罗丹明B染料的光催化降解效果最好,紫外灯照射100 min后罗丹明B染料降解率达到98%以上,最终矿化率达到66%。     

Hydrothermal doping method for preparation of Cr-TiO2 photocatalysts with concentration gradient distribution of Cr

Cr³⁺-doped anatase titanium dioxide photocatalysts were prepared by the combination of sol–gel process with hydrothermal treatment. The samples were characterized by UV–vis diffuse reflectance spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), Brunauer–Emmett–Teller (BET) specific surface area (S_BET), transmission electron microscopy (TEM), atomic absorption flame emission spectroscopy (AAS), electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It was confirmed that Cr substitutes Ti⁴⁺ in TiO₂ lattice in trivalent ionic state, and the concentrations of dopants Cr³⁺ decrease from the exterior to the interior of doped TiO₂. The photocatalytic activity of Cr-TiO₂ was investigated for the photocatalytic degradation of XRG aqueous solution both under UV and visible light irradiation. Due to the excitation of 3d electron of Cr³⁺ to the conduction band of TiO₂, Cr-TiO₂ shows a good ability for absorbing the visible light to degrade XRG. Doping of chromium ions effectively improves the photocatalytic activity under both UV light irradiation and visible light irradiation with an optimal doping concentration of 0.15% and 0.2%, respectively. The special distribution of dopants Cr³⁺ seems having a good effect on enhancing the photocatalytic activity of Cr-TiO₂.     

Preparation and gaseous photocatalytic activity of smooth potassium dititanate film

A new smooth potassium dititanate film was prepared by sol-gel method and characterized by thermogravimetry (TG) and differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), UV-Visible diffuse reflectance and Raman spectroscopy. The gaseous photocatalytic activity of smooth K₂Ti₂O₅ films was studied using contact angle analysis from the photocatalytic decomposition of octadecyltrichlorosilane (OTS) based self-assembled monolayers (SAMs) formed on K₂Ti₂O₅ films. The photocurrent response of the film was determined by an electrochemical method. It was shown that the films were smooth, compact, and transparent when formed on glass. Compared with TiO₂ film, the K₂Ti₂O₅ film showed wide absorption in the ultraviolet and visible region. It was found that the monolayers on K₂Ti₂O₅ decomposed much faster than those on TiO₂ under UV irradiation of 254 nm in air. The film also exhibited a stronger photoresponse and a more stable anodic photocurrent. The K₂Ti₂O₅ film efficiently decomposes the alkylsiloxane monolayers under UV irradiation in air and it was found to be a good photocatalyst for gaseous organic pollutant treatment.     

N、Bi共掺杂的TiO_2可见光光催化剂的制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备系列BixTi1-xO_2光催化剂以及N和Bi共掺杂Ti O_2光催化剂,采用XRD、UV-Vis、N2-物理吸附和TEM等对催化剂进行微观结构表征,以普通节能灯为光源,考察催化剂光催化氧化室内甲醛的性能。结果表明,在Bi掺杂的Ti O_2光催化剂体系中,Bi0.15Ti0.85O_2光催化剂催化降解甲醛效果最佳,400℃焙烧2.5 h,节能灯光照48 h,可将(1.05±0.05)mg·m-3甲醛降解至0.08 mg·m-3,甲醛转化率92.8%,达到室内空气质量标准。当N与Bi共掺杂时,节能灯光照24 h,Bi0.15Ti0.85O_2-N(0.2)光催化剂表现出最佳的光催化氧化降解甲醛性能,即可将甲醛由(1.05±0.05)mg·m-3降解至0.082 mg·m-3,甲醛转化率达92.0%,较Bi0.15Ti0.85O_2催化剂光催化效率提高50%。     

冬瓜基含TiO2炭气凝胶的制备、表征及其光催化性能

以冬瓜和钛酸四丁酯为原料,采用水热法和冷冻干燥法成功制备出含TiO₂炭气凝胶（WTCA）,研究了其对罗丹明B废水的光催化降解性能,并考察了水中常见无机盐离子对其光催化效果的影响。利用X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪（Raman）和荧光光谱仪（FL）等对样品结构和性能进行了表征。XRD、Raman和EDS分析表明复合气凝胶中含有锐钛矿TiO₂和碳元素;SEM和TEM分析表明TiO₂纳米颗粒均匀地负载在具有多级孔洞结构的炭气凝胶的骨架表面;含TiO₂炭气凝胶的光催化活性明显高于纯TiO₂,当负载量达30%时,其对罗丹明B的光催化降解效率最高（降解率达96.11%）。此外,无机盐阴离子对复合气凝胶的光催化效果有一定的抑制作用（CO₃^2- > SO₄^2- > Cl^- > NO₃^-）,而无机盐阳离子Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺的抑制作用不明显。