N,S共掺杂纳米TiO2：水解-溶剂热法合成及可见光催化活性

采用简单的两相分离的水解-溶剂热法,以硫脲为非金属原料,可控地制备了N,S共掺杂的纳米TiO2。所获得的纳米TiO2平均粒径为10 nm、粒径分布集中,且分散性好。N,S共掺杂拓展了纳米TiO2对可见光的响应范围。气氛可控的表面光电压谱(SPS)的测试结果表明,N,S共掺杂引起的表面态能够捕获光生空穴,进而有利于光生电荷分离。在可见光催化氧化水产氧及降解污染物乙醛的过程中,共掺杂的纳米TiO2表现出了高的活性,甚至优越于N掺杂的。这主要归因于N,S共掺杂的纳米TiO2分散性好、可见光吸收强和光生电荷分离高。

N、S共掺杂TiO2催化剂的制备及其光催化性能

以硫脲作为N、S源,尿素作为水解调节剂,水热合成了N/S-TiO_2催化剂。采用XRD、SEM、XPS等手段对产品进行了表征。产品分散后,以质量浓度为0.02g·L^(-1)的甲基橙水溶液为模拟污染物,采用UV-vis光谱,多点BET分析及光催化实验研究了所得产品的光催化活性效果。实验结果表明:S以+6价形式进入TiO_2晶格取代Ti形成Ti-O-S键,N通过取代晶格中的O形成O-Ti-N键而改变了TiO_2能带结构。当煅烧温度为500℃时,水热合成出的产品结晶度较高,粒径较小,约17nm左右。光催化活性实验结果表明:当紫外灯照射时间达到1.5h时,N/S-TiO_2催化剂降解甲基橙溶液基本完成,脱色率达到96%以上。

N、S共掺杂纳米TiO2的制备、表征及光催化性能研究

以TiCl4、硫脲为原料，采用微波催化水解沉淀法合成了S掺杂的TiO2前驱体，在NH3／N2气氛中经高温煅烧处理制得N、S共掺杂纳米TiO2光催化剂，用XRD、UV-Vis／DRS、FT-IR、TG-DTA、SEM等对其进行了表征。并考察了该催化剂在可见光及紫外光区的催化活性。结果表明，N掺杂在TiO2表面形成了Ti-O-N键；S掺杂可以导致TiO2晶粒尺寸细化。而N、S共掺杂导致了TiO2晶格畸变，产生了新的能级结构，使催化剂的吸收边带红移。晶粒基本呈球形和类球形，粒径在15-20nm之间。N、S共掺杂对提高光催化活性具有协同作用，在可见光和紫外光区均表现出较佳的光催化活性。

氮气低温等离子体辅助制备N-TiO2及其光催化活性

以钛酸丁酯为钛源、尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法制得N-TiO2中间体。分别经过"N2氛围煅烧"、"N2等离子体处理+N2氛围煅烧"和"N2氛围煅烧+N2等离子体处理"3种处理方式制得N-TiO2光催化剂,分别记作N-TiO2(C)、N-TiO2(LTP+C)和N-TiO2(C+LTP)。借助XRD、TEM、EDS、UV-VisDRS和XPS表征手段,以甲基橙(MO)溶液为目标污染物,考察了N-TiO2的可见光催化性能。结果表明,经过N2等离子体处理的N-TiO2比单纯煅烧的N-TiO2晶粒尺寸更小,对可见光的响应性更强,且N的掺入量更高。可见光照射240min内,3种N-TiO2对MO的光降解性能由高到低依次为N-TiO2(LTP+C)>N-TiO2(C+LTP)>N-TiO2(C),其中MO的最大降解率为90%。3种N-TiO2对MO的光降解性能均符合假一级动力学方程,且N-TiO2(LTP+C)和N-TiO2(C+LTP)的表观速率常数分别是N-Ti O2(C)的4.5倍和1.9倍。研究得出,在N-TiO2的制备过程中引入N2等离子体处理工序,有利于改善N元素的表面分散性,增加N元素的掺入量,能提升N-TiO2可见光催化活性,且"N2等离子体处理+N2氛围煅烧"处理方式最佳。

（TiO2）n（n=3～8）团簇的几何结构和电子性质研究

采用广义梯度近似（GGA）方法，对（TiO2）。（n=3～8）团簇进行了结构优化，计算并分析了其几何结构，平均结合能，能级，态密度以及最高占据分子轨道．最低未占据分子轨道（HOMO．LUMO）的电子云密度分布。结果表明：随着n的增加，TiO2团簇（除了（TiO2），团簇外）的平均结合能都在逐渐缓慢增加。（TiO2）n（n=4～8）团簇的HOMO-LUMO能隙随n的增大而减小，而HOMO能量随n的增大而增加。（TiO2）n（n=3～8）团簇的HOMO的电子云主要集中在悬挂及连接的氧原子上，相反，LUMO上的电子云主要集中在钛原子以及少量部分氧原子上。

N、S共掺TiO2光催化剂的合成及其在废水处理中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了N、S共掺TiO2光催化剂,借助X-射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对样品进行表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了样品光催化活性.XRD物相鉴定表明,所得TiO2催化剂为锐钛矿和金红石矿的混合型,金红石型的含量在15.2%—10.6%之间,N和S掺杂可有效抑制金红石相的生成;光催化降解实验结果表明,N、S共掺光催化剂具有良好的可见光催化活性,自然光照射10h,N、S共掺催化剂(1.0%N-0.25%S-TiO)对工业废水COD的去除率高达97.2%.

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In表面修饰的TiO2(TiO2-Inx%)纳米粒子,x%代表在In掺杂的TiO2样品中In3+与In3+和Ti4+离子摩尔百分含量.利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2-联吡啶-4,4-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂,制备出N719/TiO2/FTO(氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO2-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极.光电转换效率实验表明,在薄膜电极+0.5mol.L-1LiI+0.05mol.L-1I2的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt光电池体系中,N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO2/FTO,其中N719/TiO2-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO2/FTO提高了20%.利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO2-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构;利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程.结果表明,In3+离子在TiO2表面形成O-In-Cln(n=1,2)物种,该物种的表面态能级位于导带下0.3eV处;在光电流产生过程中,O-In-Cln(n=1,2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO2-Inx%层的复合,促进了阳极光电流的增加,从而导致N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO2/FTO,并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.

Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

Ti O2纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对TNAs改性后制备了Au负载N掺杂Ti O2纳米管阵列(Au@N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物,进一步分析了Au@N-TNAs在不同Au负载量时光降解效率的变化情况。采用SEM、XRD、TEM和X射线光电子能谱(XPS)等对Au和N在Au@N-TNAs中的存在形式进行表征和分析,发现Au主要是负载在Ti O2纳米管阵列上,而N元素则是以掺杂的方式进入Ti O2纳米管阵列的晶格中。此外,在光降解试验中发现通过Au负载与N掺杂相结合的方法对Ti O2纳米管阵列进行复合改性后,TiO2纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中20s-Au@N-TNAs具有最佳的光降解效率。但Ti-N薄膜中间的Au层太厚时会影响阳极氧化过程中Ti O2纳米管阵列的生长,而且过量的Au在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的Ti O2纳米管阵列(40s-Au@N-TNAs)的光催化效率明显降低。

S—N共掺杂纳米TiO2可见光光催化剂的制备及其性能研究

以锐钛矿型TiO2为原料，硫脲为掺杂源，采用机械化学法经过600rpm×2h高能球磨后，以焙烧处理，合成了S—N共掺杂纳米TiO2粉末。所制备的粉末为锐钛矿、金红石和板钛矿的混合相，对波长大于400nm的可见光具有良好的吸收性能，其吸收边红移至570nm；在λ〉400nm的可见光照射下，硫脲加入量为10％的样品对甲基蓝的降解率比原料粉末提高了6．11倍。

Pt-N共掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理中的平面波超软赝势(PWPP)方法对理想TiO_2,N单掺杂,Pt单掺杂和Pt-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析N单掺杂、Pt单掺杂及Pt-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带和态密度的影响.计算结果表明:掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀,Pt单掺杂、N单掺杂TiO_2禁带宽度变窄,Pt-N共掺杂TiO_2分别在价带顶和导带底产生杂质能级,且禁带宽度缩小范围大,表明Pt-N共掺杂能进一步提高锐钛矿TiO_2催化性能.

射频磁控溅射法制备TiO2-xNX薄膜的结构性能研究

利用射频磁控溅射法室温下在Si(100)衬底上制备了N掺杂的TiO2薄膜,并且采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射光谱对薄膜进行了表征。XRD结果表明在纯Ar和N2(33.3%)/Ar气氛下制备的TiO2-xNx薄膜均为单一的金红石相,薄膜结晶性良好,呈高度(211)择优取向,而在N2(50.0%)/Ar下制备的薄膜结晶性明显变差;对于N掺杂的TiO2薄膜,XPS表明部分N原子进入TiO2晶格,并且以N-Ti-O、N-O键以及间隙式N原子形式存在;透射光谱表明掺N后的TiO2薄膜吸收边发生了红移。

N掺杂TiO2纳米管阵列光电催化性能研究

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列，然后在1mol／L氨水中浸泡24h，氨气氛围下450℃煅烧合成N掺杂的TiO2纳米管阵列。通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）等表征方法对样品表面形貌、晶型和N元素掺杂方式进行分析。在模拟太阳光条件下，以该材料为电极，光电催化降解六氯苯（HCB）农药废水。结果表明：阳极偏压为1V、电解质为0．2mol/L Na2SO4、pH为5．0时，降解效果最好，达到95％。

N-TiO2/硅藻土负载型纳米材料可见光催化降解水中Microcystin-LR

以钛酸四丁酯(C16H36O4Ti)为Ti源,尿素((NH2)2CO)为N源,硅藻土(Diatomite)为载体,采用溶胶凝胶法制备硅藻土负载氮掺杂二氧化钛改性纳米材料(N-TiO2/Diatomite).利用SEM、XRD、XPS、FT-IR、UV-Vis DRS对其进行系列特性表征及可见光催化性能分析,探究Microcystin-LR初始浓度对光催化的影响,分析其降解动力学和降解途径.结果表明,硅藻土负载优化了N-TiO2分子的分散性,形成了链条型纳米孔隙球状结构;N元素掺杂、硅藻土负载不影响材料晶型,晶粒粒径减小至11.39 nm;Si、N分别与TiO2成键;光响应强度和范围红移,可见光活性显著提升.以优化制备条件(350℃煅烧、掺N的物质的量分数为8%)的改性N-TiO2/Diatomite材料可见光催化降解Microcystin-LR,当初始质量浓度为1 mg·L^-1的Microcystin-LR水溶液反应6 h后降解率可达95.0%,矿化率为83.9%;反应符合准一级动力学方程,速率常数k为0.453 3 h^-1.

阳极氧化与化学放氮气结合的一步法N掺杂TiO2纳米管的制备、表征及光催化活性

亚硝酸钠在酸性条件下可以与尿素发生反应生成氮气,在阳极氧化制备Ti O2纳米管的电解液中加入放出氮气反应需要的试剂,控制酸度连续放氮,实现了一步法N掺杂的Ti O2纳米管的新制备方法。并且通过SEM、EDS、XRD、XPS等表征手段对N掺杂和未掺杂的Ti O2纳米管的表面形貌和晶型结构及元素组成进行了对比分析,最后通过甲基橙的光催化降解来表征了N-Ti O2制备过程中盐酸浓度和亚硝酸钠浓度对光催化活性的影响。

不同Mn盐前驱体对Mn/TiO2催化剂脱硝性能的影响

采用流变相法,以硝酸锰(MN)、自制锰盐(MX)、醋酸锰(MA)为前驱体溶液制备了Mn/TiO_2催化剂,通过拟合计算、XRD、BET、XPS、化学滴定等方法分析了催化剂的晶体结构、表观活化能、微观结构和锰离子价态,研究了不同前驱体溶液对催化剂低温脱硝活性的影响。结果表明:MX脱硝活性优于MN、MA,其中MX的表观活化能最低,表面Mn/Ti元素比高,比表面积较大,孔容较大,同时,MX的平均价态以及Mn4+的含量高,Mn^(2+)的含量低,这都使其表现出较好的脱硝活性。

破乳法合成N掺杂TiO2/粉煤灰及其可见光催化性能研究

粉煤灰表面负载TiO2制备光催化材料是粉煤灰高附加值资源化应用的一种新途径,通过破乳的方法在粉煤灰表面负载TiO2是一种新的尝试。以十二烷基苯磺酸钠改性的粉煤灰为载体,纳米TiO2胶体为钛源,NaOH为破乳剂,尿素为氮源,在反应釜中通过破乳的方法成功合成了N掺杂的TiO2/粉煤灰复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)及紫外可见漫反射光谱仪(UV-Vis DRS)等测试手段对合成的产物进行了表征,测试了光催化材料对罗丹明B可见光催化降解的效果。结果表明,当TiO2与粉煤灰的质量比为1∶1,尿素的添加量为0.5 g时,制备的N-TiO2/粉煤灰光催化剂在可见光下对罗丹明B有很好的降解效果,180 min可以降解96.98%的罗丹明B,且降解过程符合一级动力学模型,循环利用6次仍具有很好的稳定性和重复性。该方法为高附加值资源化粉煤灰提供一种功能化的应用方案,具有良好的应用前景。

低密度聚乙烯膜负载型Fe/N-TiO2制备及光催化降解二苯胺

采用溶胶凝胶法研制了Fe、N单独掺杂或Fe、N共同掺杂改性TiO_2催化剂,并用浸渍法负载于低密度聚乙烯(LDPE)膜上,制备出LDPE膜负载型催化剂。利用X射线衍射、X射线能谱、紫外—可见光吸收光谱、扫描电子显微镜对催化剂进行表征分析,并考察了催化剂种类、二苯胺(DPA)初始浓度、pH、曝气等因素对降解DPA的影响。结果表明:LDPE膜负载型Fe/N-TiO_2在可见光区有较强的吸收;负载的Fe/N-TiO_2粒子均匀地分布于LDPE膜表面;在氙灯的可见光照射下,DPA初始质量浓度为20mg/L、曝气量为2L/min、溶液pH为3时,Fe/N-TiO_2光催化反应90min时DPA降解率可达到80.11%。

p-n异质结NiO/TiO2纳米复合材料的构建及应用研究进展

TiO_2和NiO分别作为n型和p型半导体材料,通过复合构建p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料可以促进光生电子-空穴对的分离,从而提高光电性能。综述了不同形貌的p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料的构建,如纳米球、纳米棒和纳米带等,以及其在光催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池和传感器等领域中的最新研究进展。

N-CQDs修饰介孔TiO2/RGO异构体的构建及光催化性能研究

以柠檬酸三铵为前驱体,构建了系列N-CQDs(N掺杂碳量子点)修饰介孔TiO2/RGO(还原氧化石墨烯)异构体,并通过XRD、TEM、BET、BJH、XPS、PL、UV-Vis等测试手段系统表征其样品的微观结构以及谱学性能,通过使用模拟太阳光为光源测试其光催化性能。实验可知,所构建系列样品均为锐钛矿相TiO2晶体结构,且显著形成了H2型介孔结构,均属于langmuir Ⅳ型孔径结构;柠檬酸三铵的引入以及RGO的异构化逐步地增加介孔TiO2光催化体系比表面积,体系比表面积最高可达331.6 m^2/g;N-CQDs的修饰以及RGO的异构化,使介孔TiO2光催化体系光生电子效率逐步地提升,同时体系光谱响应范围逐步地拓宽;所构建介孔TiO2异构体均具有较强的可见光光催化性能,其中样品N-CQDs-MT/RGO-1.8的光催化活性最强,在模拟太阳光照射下,对甲基橙的降解率在10 min内可达到90%左右,1 h的降解率可达到99%。

N掺杂对TiO2结构及可见光光催化性能影响的研究

采用溶胶-凝胶法，在钛酸丁酯水解过程中加入一定量的尿素，制备了不同N掺杂量的光催化剂TiO2-xNx。以亚甲基蓝溶液为降解对象，研究催化剂在可见光区的催化性能；利用XRD、XPS、SEM、UV-Vis对催化剂的结构、形貌和光催化性能进行了表征。实验结果表明，掺杂的N以O-Ti—N的形式存在于TiO2结构中，N元素抑制了锐钛矿相向金红石相的转变和晶粒的长大；样品中形成了新的能级结构，提高了TiO2在可见光下的光量子效率和光催化能力。掺杂量为3．84％（质量分数）的TiO2。M在可见光区的响应能力最高，吸收波长延伸至520nm，其光催化活性最大，1．5h降解率达到55．54％。