表面改性TiO2的制备及其光催化降解机理

采用改进的水解法,以四氯化钛为前驱物,通过改变水解过程中引入的氢氧化钠的度,制备了一系列不同表面性质的TiO_2催化剂。利用X射线衍射(XRD),漫反射紫外-可见光吸收谱(UV-Vis DRS),荧光光谱(PL)和光电流作用谱等技术对其进行了系统的表征。以对氯苯酚(4-CP)的降解实验,分别考察了TiO_2催化剂在紫外和可见光区的光催化活性,NaOH浓度为10mol/L时,得到的TiO_2催化剂光催化活性最高。结果表明,不同浓度的NaOH的引入,TiO_2晶体粒径会有不同,适当的NaOH,会使TiO_2比表面积增大,并会在TiO_2表面形成了一种独特的化学物种,有效促进了光生载流子的分离,从而大幅提高了催化剂的光催化活性。

金纳米柱的可控制备及其光学非线性性质

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为表面活性剂,采用种子生长法,通过调节合成过程中反应物Ag NO3的加入量,改变生成物金纳米柱的长径比(σ)制备了一系列金纳米柱。利用SEM,TEM,UV-Vis等方法对金纳米柱试样进行了表征,并采用波长为532 nm的纳秒激光和皮秒激光对金纳米柱分别进行Z扫描测试其光学非线性性质。表征结果显示,随着σ的增加,其纵向的表面等离子体共振峰位红移,金纳米柱试样的σ和激发光的能量的不同直接影响其光学非线性性质;在纳秒激光的激发下,金纳米柱的光学非线性性质归因于表面等离子体吸收与非线性散射;而在皮秒激光激发下,其光学非线性性质则归因于基态等离子体的漂白作用。

N-TiO_2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板,采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列.扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明:两种阵列的纳米管均为六角形结构,直径约为100nm,壁厚约为20nm;在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中,掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面,仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置;表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化,增强了纳米管阵列的光吸收效率,促进了光生载流子的分离.光催化实验结果表明,N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.

TiO2表面氧空位对Rup2P/TiO2/ITO薄膜电极光致电荷转移的影响

采用改性的TiCl4水解法制备出三种不同表面性质的TiO2-X(X=5,10,20,X表示加入NaOH的浓度,单位为mo·lL-1)样品.利用(1,10-邻菲咯啉)2-2-(2-吡啶基)苯咪唑钌混配配合物(Rup2P)作为敏化剂,制备出Rup2P/TiO2-5/ITO(铟锡金属氧化物)、Rup2P/TiO2-10/ITO和Rup2P/TiO2-20/ITO表面敏化薄膜电极.测试结果表明三种薄膜电极的光电转换效率Rup2P/TiO2-10/ITO最高,Rup2P/TiO2-20/ITO次之,Rup2P/TiO2-5/ITO最低.利用吸收光谱、表面光电压(SP)谱、荧光光谱和表面光电流作用谱等分析了Rup2P和三种TiO2的能带结构和表面性质;利用光致循环伏安和表面光电流作用谱研究了三种Rup2P/TiO2-X/ITO薄膜电极的光致界面电荷转移过程.结果表明,在光致界面电荷转移过程中,TiO2层表面氧空位对Rup2P/TiO2-X/ITO薄膜电极光致电荷转移产生重要影响.并进一步讨论了Rup2P/TiO2-X/ITO薄膜电极的光电流产生机理.

表面敏化TiO_2基复合薄膜的能带结构与光致电荷转移的研究

采用离子束溅射方法制备出TiO2/ITO,Zr4+掺杂的TiO2(TiO2-Zr)/ITO和ZrO2/TiO2/ITO复合薄膜.利用表面敏化方法制备出(1,10-邻菲咯啉)2(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉钌混配配合物[Rup2O](p=1,10-邻菲咯啉,O=(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉)/TiO2/ITO,Rup2O/TiO2-Zr/ITO和Rup2O/ZrO2/TiO2/ITO表面敏化TiO2基复合薄膜.表面光电压谱(SPS)表明,表面敏化TiO2基复合薄膜在400～600和350 nm产生的SPS响应峰的峰高比与TiO2基复合薄膜的结构密切相关.利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS)确定了复合薄膜的能带结构,其结果分析表明,400～600 nm的SPS响应峰主要源于Rup2O分子的中心离子Ru 4d能级到配体邻菲咯啉π1*和配体咪唑并邻菲咯啉π2*跃迁;TiO2禁带内Zr4+掺杂能级的存在减小了光生载流子的复合,增加导带光生电子的数量;ZrO2/TiO2异质结构的存在有利于光生电子向ITO表面的转移,从而导致400～600 nm和350 nm SPS响应峰的峰高比的增加,意味着光致电荷转移效率的提高.

In离子掺杂二氧化钛纳米管可见光催化活性的研究

采用两步预掺杂方法制备出In离子掺杂二氧化钛纳米管可见光催化剂.可见光催化降解对氯苯酚实验证明:掺杂In离子量为3%的TiO2纳米管可见光活性最高,是纯TiO2纳米管的2倍以上.X射线衍射(XRD),X光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)结果表明:当In离子掺杂浓度较小时,In离子取代晶格Ti的位置形成InxTi1-xO2取代式掺杂结构.In离子的掺杂能级与Ti离子的3d轨道形成混合价带,使禁带宽度变窄,增强了可见光响应.随着In离子掺杂浓度的增加,同时在InxTi1-xO2纳米管表面生成In2O3,形成InxTi1-xO2/In2O3纳米管复合结构.该复合结构有效地增加可见光响应,促进了光生载流子的分离,提高了光生载流子在固/液界面参加光催化反应的利用率,使纳米管催化剂可见光催化活性显著提高.