掺氟增强TiO_(2)光电极可见光响应研究

采用水热法原位合成出F掺杂TiO_(2)颗粒材料,进而制备出TiO_(2)光电极,研究热处理温度对产物光电化学活性的影响。实验内容包括TiO_(2)光电极的制备,光电化学测试系统的组成以及材料的光电化学性能评价等部分。结果表明:TiO_(2)光电极材料在400℃热处理光电化学性能显著增强,这是因为氟掺杂拓宽了TiO_(2)的可见光吸收范围。此外,线性伏安(LSV)、莫特-肖特基(M-S)特性曲线等也被广泛地用来揭示载流子输运机理。

干凝胶混凝法改性合成可见光响应TiO_(2)

溶胶-凝胶法是改性合成TiO_(2)应用最为广泛的一种方法,其改性过程主要集中在溶胶阶段,而干凝胶则被视为合成路径中的关键过渡物,鲜少直接功能化应用。为了拓展干凝胶的环境功能,延长功能材料寿命,先将Ti干凝胶应用于混凝除藻,将混凝作为一种在凝胶阶段改性的方法,随后将混凝后的絮体烘干煅烧合成具可见光响应的TiO_(2)。将乙酰丙酮、乙醇、四氯化钛等搅拌干燥老化,制备钛基干凝胶。将钛基干凝胶作为混凝剂对实验水样进行混凝,对不同初始pH值的含藻水样进行混凝反应,分析反应后的pH值、剩余浊度和Zeta电位,研究Ti基干凝胶除藻效果及混凝改性的作用机理,结果表明Ti干凝胶在混凝过程中形成絮体大,沉降速度快,对高浊度含藻水样的去除率可达到88%,卷扫和网捕是混凝改性的主要作用机理。混凝后的污泥经过干燥后,放入马弗炉中以500℃的温度煅烧4 h得到改性后的TiO_(2),对其进行表征发现改性后的TiO_(2)禁带宽度变小,含有介孔结构,考察其催化活性,发现在可见光下,对橙黄Ⅱ(AO7)的去除率可达90%。这说明,利用钛基干凝胶的混凝反应对材料进行改性是可行的,为延长钛基材料的使用寿命及钛基材料的多功能应用提供了理论依据和技术支持。

可见光响应的BiVO_4/TiO_2纳米复合光催化剂

通过水热法制备了两种新型纳米复合材料Bi VO4/Ti O2,并对其晶体结构、形貌尺寸及光催化活性进行了测试。X射线粉末衍射测试结果表明,这两种复合材料均是由单斜相Bi VO4和锐钛矿型Ti O2构成;扫描电镜和透射电镜测试结果表明,两种样品均为Bi VO4纳米颗粒负载于Ti O2纳米线上;通过测试紫外-可见吸收光谱可观察到Bi VO4/Ti O2的吸收边相对于纯Ti O2明显发生了红移;在相同实验条件下,对亚甲基蓝的可见光催化降解实验结果表明,由含Bi3+钛酸盐纳米线制备的Bi VO4/Ti O2的光催化活性远高于纯Bi VO4和Ti O2半导体材料。

可见光响应光催化剂研究进展

本文综述了近年来可见光响应光催化剂的研究进展 ,从窄禁带半导体开发、表面光敏化和离子掺杂三个方面 ,详细探讨了该类光催化剂的构成原理、设计思想、制备方法、目前效果及缺点 ,展望了该领域的研究前景。

可见光响应光解水制氢的半导体光催化剂

研究开发可见光响应的光催化剂一直是光解水制氢的首要目标。近年来通过能带调控等手段实现光催化剂的可见光化被广泛研究,并取得了令人注目的进展。本文综述了通过能带调变实现可见光化的各种手段,包括TiO2掺杂特别是阴离子掺杂、能响应可见光的新型固溶体和单相光催化材料的开发以及Z-型反应系统的构筑,以及通过电子结构的分析阐述其可见光化的机理。

可见光响应型非金属掺杂TiO_2的研究进展

综述了各种非金属 (N、S、C、B)掺杂TiO2 在可见光范围的响应 ,以及N和F共掺杂TiO2 、N和La3 + 共掺杂TiO2 、B与Ni2 O3

可见光响应的铁掺杂TiO_2中空微球的制备及其光催化性能

以聚苯乙烯微球作为模板,水溶性过氧化钛配合物作为前驱体一步合成了掺铁TiO2中空微球,并利用XRD,SEM,TEM,XPS,UV-Vis等测试手段对样品进行了表征。结果表明,一步法制备的掺铁TiO2中空微球以锐钛矿相存在且具有良好的中空结构,掺杂少量铁到体系中,改变了其电子结构,使其吸收波长拓展到可见光区。光催化降解亚甲基蓝溶液的结果表明,掺杂0.75%铁的TiO2中空微球表现出更好的光催化性能。对Fe3+影响光催化活性的机理进行了讨论。

可见光响应型二氧化钛光催化剂研究进展

二氧化钛光催化剂用途很广,能够把多种有机污染物光催化降解为 H_2O 和 CO_2,把溶液中的重金属离子还原为无毒的金属,把水分解为 H_2和 O_2 并获取氢能,应用于太阳能电池把太阳能有效转换为化学能等。而阻碍其应用的是它的大禁带宽度不能有效地利用太阳光,因此研究开发对可见光响应的二氧化钛就成为当前光催化剂研究中的关键课题。简述了光催化剂的作用原理,并详细介绍了可见光响应型二氧化钛光催化剂目前的研究现状。

可见光响应氮掺杂TiO_2制备与性能表征

采用水热法制备了可见光响应的氮掺杂TiO2光催化剂,利用XRD、SEM、XPS、UV-vis对样品结构、形貌和光谱等性质进行表征。研究结果表明:氮掺杂抑制晶粒长大,促进晶格畸变;氮进入TiO2晶格中,引起TiO2光催化剂的激发,吸收光谱向低能方向移动。以降解甲基橙为模型反应,研究样品的光催化性能;以对苯二甲酸作为·OH自由基捕获剂,利用化学荧光技术研究光催化反应体系中·OH自由基生成量。结果表明:与纯TiO2相比,氮掺杂样品具有较高的光催化活性。这与下列因素有关:氮掺杂样品具有较小的晶粒尺寸,有利于促进光生电荷的分离与相界面上电荷转移效率,降低TiO2能隙并使吸收光谱红移。在实验条件下,光催化性能随n(N/Ti)比值的增大而增强;羟基自由基的生成速率与光催化活性规律一致,即·OH的生成速率越大,光催化活性越高。

一种可见光响应纳米TiO_2粉体的光响应特性表征

利用有机溶剂水热法制备了一种新型的可见光响应纳米TiO2粉体光催化剂。对其进行光响应特性表征,研究发现:固相粉末漫反射吸收谱反映了该TiO2粉体具有类似改性TiO2的可见光响应的特征;而在纳米颗粒稀悬浮液的特定条件下,紫外-可见吸收谱给出了该纳米TiO2粉体的类似本征TiO2的光响应特征,观测不到其可见光响应特征;分析表明,该现象可能与在稀悬浮液的条件下,声子参与的光致电子跃迁过程的退化有关．

可见光响应PANI/TiO_2和PoPD/TiO_2纳米材料的氧化机制及协同-光敏化作用

利用原位氧化聚合法制备pdyaniline(PANI)/TiO_2和poly-o-phenylenediamine(PoPD)/TiO_2纳米材料,通过XRD、元素分析、UV-Vis DRS和循环伏安曲线等方式进行表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,考察p H值以及导电聚合物/TiO_2浓度对光催化效果的影响,通过捕捉实验判定不同活性物种在光催化过程中的贡献.结果表明,PANI和Po PD没有改变TiO_2的粒径和物相,PANI/TiO_2、Po PD/TiO_2和TiO_2的禁带宽度分别为2.82 e V、2.89 e V和3.09 e V;溶液p H值越高,导电聚合物/TiO_2纳米材料的光催化活性越高;PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料浓度在光催化降解过程中存在的最佳值分别为1 g·L-1和1.5 g·L-1,PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料光催化过程中活性氧物种的贡献顺序分别为·OH>h+>·O-2,·OH≈h+>·O-2.重复利用实验结果表明制备的PANI/TiO_2和Po PD/TiO_2纳米材料具有良好的光催化稳定性.导电聚合物和TiO_2之间的协同-光敏化作用是CPs/TiO_2纳米材料光催化活性得到提高的主要原因.

可见光响应光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)及其固溶体的电子结构

基于密度泛函理论(DFT),采用平面波赝势(PWP)以及广义梯度近似(GGA)方法,对可见光响应的光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)及其固溶体进行电子结构的第一性原理计算.结果表明,光催化剂K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)和K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)的导带分别主要由Ta5d和Nb4d组成,处于高能级的电子未占据态的Ce4f与其有很明显的重迭,但由于其高度局域特性,不能很好地参与光生电子在导带中的传导,从而对光催化活性的贡献很小;而其价带则由O2p与Ta5d(Nb4d)的杂化轨道组成,同时电子占据态的Ce4f对价带也有一定的贡献,各个电子轨道对能带结构的贡献决定了该系列可见光响应光催化剂的物理化学和光催化特性.固溶体系列中随着Nb含量的增加,其吸收光谱依次红移,带隙变窄,导带底变低,光生电子的还原能力降低.在固溶体K_4Ce_2Ta_(10-x)Nb_xO_(30)(x=2,5,8)中,由于Ce4f轨道对价带顶的贡献相对较小,固溶体的价带顶低于K_4Ce_2Ta_(10)O_(30)、K_4Ce_2Nb_(10)O_(30)的价带顶,光生空穴的氧化能力相对较强.该系列光催化剂的电子结构分析结果与光催化水分解的活性实验结果有很好的一致性.

TiO_(2-y)N_x纳米光催化剂的制备及其可见光响应机理

利用溶胶-凝胶技术,以尿素为氮源,采用原位掺杂方式制备了TiO2-yNx纳米粉体;以亚甲基蓝(MB)溶液在可见光下的光催化降解评价其可见光催化活性;考察了体系初始pH值、N的掺杂量和焙烧温度对样品可见光催化活性的影响。结合XRD、XPS、ESR和DRS测试技术,研究了N掺杂纳米TiO2的可见光响应机理。研究结果表明,TiO2-yNx纳米粉体的优化制备工艺条件为:体系初始pH=0.52,掺杂比n(N)∶n(Ti)=1∶6,焙烧温度为440℃。此条件下制备的样品N含量为0.77%,为单一的锐钛矿相,平均粒径为19.0nm,具有良好的可见光催化活性。N掺杂导致TiO2纳米粉体的表面羟基含量增加,形成了大量束缚单电子的氧空位;N取代晶格O形成了N—Ti—O和O—N—Ti键合结构。N掺杂导致TiO2纳米粒子的吸收带边红移,对可见光的吸收能力明显增强,这表明N掺杂改变TiO2电子结构,使带隙窄化,降低光响应阈值。N掺杂TiO2纳米粒子的可见光响应归因于N取代掺杂形成的掺杂能级与氧空位形成的缺陷能级共同作用所致。

Fe^3＋/TiO2复合纳米粒子的制备及可见光响应性能

在钛酸四丁酯(TBOT)的溶胶-凝胶过程中,掺杂Fe^(3+)并加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB),得到的Fe^(3+)/TiO_2复合粒子在吸收曲线的530 nm处产生了宽的强吸收峰,并对Rhodamine B具有一定的光催化降解活性.应用TEM,XRD,TG-DTA和UV-Vis等手段对复合粒子进行了表征.结果表明,掺杂的Fe^(3+)进入纳米TiO_2的晶格,产生新的带宽(E_g=1.37 eV),从而改变了TiO_2的光谱响应范围.

Gd^(3+)掺杂TiO_2纳米复合材料的可见光响应性能

采用溶胶-凝胶技术,在钛酸四丁酯(TBOT)的水解过程中,加入硝酸钆(Gd(NO3)3),得到具有可见光响应活性的Gd3+/TiO2复合材料。应用TEM、XRD、TG-DTA和UV-Vis等手段对纳米TiO2复合材料进行了表征。当Gd3+的掺杂量为0.5%时,Gd3+/TiO2复合材料在550 nm附近产生宽强吸收带。Gd3+进入TiO2晶格中,形成了新的掺杂能级(Eg=1.27 eV)。适量Gd3+掺杂的纳米TiO2复合材料的光催化性能优于纯TiO2粉体材料。

可见光响应Cu-Cu_(2+1)O复合材料的水热法一步合成

采用水热合成法,以Cu(NO3)2为原料,乙二醇为溶剂和还原剂,聚乙烯吡咯烷酮k30(PVP)为表面活性剂,一步合成可见光响应Cu-Cu2+1O金属-半导体复合材料.采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)观测复合材料的相结构、表观形貌、粒子尺寸和光谱特征.以苯酚为模型物,氙灯照射下测试催化剂活性.结果显示表面活性剂PVP的加入对产物晶相结构不产生影响,但促进Cu2+1O还原,并影响Cu和Cu2+1O两种粒子的尺寸分布和界面结合,进而影响产物的催化性能.活性测试结果表明,Cu-Cu2+1O金属-半导体复合材料具有可见光催化活性,其对苯酚降解符合一级反应动力学.

溶剂热合成可见光响应硫氮共掺杂TiO2光催化剂及其催化还原水中Cr(Ⅵ)

分别以硫代乙酰胺和硝酸为硫源和氮源,通过一步溶剂热法制得硫氮共掺杂改性二氧化钛催化剂,并通过XRD、TEM、XPS、UV-vis、N2吸附-脱附和光电流测试硫氮共掺杂二氧化钛(SN-TiO2)的结构、组成和光电性质。结果显示:N和S元素分别以间隙掺杂形成了O-Ti-N键或通过取代晶格结点的Ti4+形成了Ti-O-S键,从而形成新的杂质能级,得到禁带宽度减小、可见光吸收增强、载流子迁移速率加快的锐钛矿相SN-TiO2纳米粉。以Cr(Ⅵ)为模拟污染物,评估了A-SN-TiO2的可见光催化性能,并将其与硫脲为硫源制备的B-SN-TiO2、S-TiO2、N-TiO2和TiO2的光催化活性进行了对比。光催化和ESR测试结果显示,A-SN-TiO2具有更高的催化活性,在光照60 min后,A2-SN-TiO2对Cr(Ⅵ)的还原率高达100%。此外,研究还发现SN-TiO2可见光催化还原Cr(Ⅵ)的主要活性物质为·O2-。

用水热还原法制备可见光响应TiO2光催化剂

为获得可见光下高效降解含盐废水中有机污染物的光催化剂,研究了水热还原法对商用TiO2光催化剂(P25)的表面改性,制备出Ti^3+掺杂的可见光响应光催化剂,并探索了水热还原法中条件变化对可见光下催化剂降解高含盐废水中甲基橙的影响规律。结果表明:水热还原过程不仅可以去除P25表面的氧化基团,且可以通过还原作用将TiO2结晶态无序化形成异质结结构;TiO2中Ti^4+被还原后在催化剂中引入Ti^3+拓展了催化剂的可见光响应范围,从而具备可见光催化活性;乙醇作为还原剂进行水热还原处理后,催化剂对甲基橙的降解活性最高,5h的去除率可达95%,温和的水热还原过程也保证了催化剂的稳定性,在重复光降解实验中,该催化剂对甲基橙5h去除率均超过90%。

可见光响应型Cu-Ti-O纳米管阵列的阳极氧化制备及表征

通过阳极氧化在Cu30Ti70合金基体上制备出高度有序的Cu掺杂Cu-Ti-O纳米管阵列,并讨论了阳极氧化时间对Cu-Ti-O纳米管阵列形貌和结构影响。结果表明:在O2气氛中450℃退火晶化2 h后,Cu-Ti-O纳米管阵列在400~650 nm波长范围内表现出较强的可见光响应性能,其本征吸收带边和可见光吸收带边最大值分别红移至470nm和760nm;Cu掺杂后形成的氧空位促进了Cu-Ti-O纳米管锐钛矿向金红石相的转变;随着阳极氧化时间的延长,Cu-Ti-O纳米管阵列长度增加,管壁厚度减薄,且在O2气氛中450℃退火2 h后,金红石相转变量增加。

可见光响应型Fe掺杂SiO_2/TiO_2光催化材料的制备及降解水中腐殖酸的研究

采用溶胶凝胶法制备了可见光响应型Fe掺杂SiO2/TiO2光催化材料,并采用TG-DTA、XRD、UV-vis、TEM及XPS等手段对其进行了表征。以水中腐殖酸的降解为探针反应,考察了可见光照射下Fe-SiO2/TiO2的光催化活性。XRD结果表明,Fe离子掺杂可抑制催化剂晶粒尺寸,600℃焙烧后的Fe-SiO2/TiO2为锐钛矿相结构。Uv-vis吸收光谱分析可看出Fe离子掺杂提高了催化剂对可见光的吸收能力,并使催化剂的吸收带边产生了红移。XPS光谱表明,催化剂表面存在着Fe2+和Fe3+。实验结果表明,Fe-SiO2/TiO2在可见光下对腐殖酸的光催化降解率优于SiO2/TiO2和TiO2。Fe-SiO2/TiO2具有较高光催化活性的主要原因为:Fe离子掺杂不仅使SiO2/TiO2催化剂的粒径减小和对可见光的吸收增强,而且在催化剂表面产生了有利于光生e--h+对分离的Fe3+/Fe2+氧化还原循环电对。