硫酸钛液水解合成介孔TiO_2-SO_4^(2-)的研究

探讨了硫酸钛水解和偏钛酸焙烧时硫酸根在锐钛矿型TiO_2介孔结构形成中的作用机理;用低温氮吸附-脱附等温线、XRD、XPS、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、Hammett指示剂、艾氏卡等方法对TiO_2-SO_4^(2-)催化剂进行了表征,考察了介孔TiO_2-SO_4^(2-)固体超强酸催化剂和改性的介孔TiO_2光催化剂的组成、结构、性能和在酸催化反应、光催化反应中的活性。实验结果表明:(1)硫酸钛水解时部分硫酸根进入偏钛酸的结构中,焙烧时硫酸根和偏钛酸孔壁上的自由羟基键合,有效抑制了TiO_2晶粒的长大及晶型转变,使TiO_2保持了介孔结构、较高的比表面积和锐钛矿晶型。(2)XPS测试和IR分析说明表面上SO_4^(2-)以鳌合双配位作用形式键合在TiO_2表面,且S =O双键的强电子诱导效应和酸中心的协同作用,产生了超强酸中心。适当的硫含量、焙烧条件制得的介孔SO_4^(2-)/TiO_2的酸强度H_0<-14.52,成为固体超强酸催化剂。(3)介孔SO_4^(2-)/TiO_2固体酸催化剂可望在生物柴油的合成和Halon—1211催化降解反应中有较好的应用前景,但催化剂的稳定性有待提高。(4)与TiO_2在表面上键合的硫酸根中S=O的强电子诱导效应能促进TiO_2光生电子-空穴对的分离,延长电子-空穴对的寿命,提高TiO_2作为光催化剂的催化活性,应用在亚甲基蓝光催化氧化降解反应中显示出良好的光催化活性,远优于P25型TiO_2。

介孔TiO_2和钛酸盐纳米管基的高效率染料敏化太阳能电池

介孔TiO_2和钛酸盐纳米管作为染料敏化太阳能电池的电极材料,在AM 1.5 (100mW/cm)的条件下,得到的最高光电转换效率分别为10.0%和7.5%。这样的高效率可以归因于它们的物理化学特性,包括高比表面积,规则的结构,颗粒尺寸和相互交错的网络结构。

核壳结构Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@介孔TiO_(2)的合成及其光电催化降解水中有机污染物

为了实现太阳能光催化和光电催化降解污染物实用化,需要研发高效、稳定、易分离的催化剂。采用溶胶-凝胶法和水热法制备了Fe_(3)O_(4)@SiO_(2)@介孔TiO_(2)(FST)复合光电催化剂。通过表征分析证实了纳米FST成功合成,Fe_(3)O_(4),SiO_(2)和TiO_(2)纳米颗粒层层包裹,具有独特的核壳结构。在外加磁场的作用下,FST催化剂可以很容易地从悬浮液中分离出来。FST的表面光电流响应和阻抗测试结果显示其活性显著增强。利用制备的FST对其他有机污染物在可见光下的光电催化降解进行了研究,对亚甲基蓝、罗丹明B、甲基橙、阿莫西林光电催化90 min,降解率分别为98%,95%,92%,90%。主要活性物种捕获实验表明,FST通过光电耦合作用产生大量h^(+)和·OH从而使污染物降解为CO_(2),H_(2)O和无机离子。

基于钯修饰的介孔TiO_(2)纳米棒高效光降解四环素的研究

致力于开发一种高性能光催化剂,专门用于环境净化中四环素(TC)的有效降解。通过静电纺丝技术和硼氢化钠还原法,成功制备了金属钯颗粒均匀负载的介孔二氧化钛(Pd/mTiO_(2)NRs)纳米棒复合光催化剂。随后,对这些复合材料进行了光催化降解TC的活性评估实验。实验结果显示,具有3%最佳Pd负载量的Pd/mTiO_(2)NRs纳米复合物在光降解TC方面展现出了卓越的催化性能。在短短1 h的光反应后,TC的去除率高达96.4%,这一效率比单独的mTiO_(2)NRs(去除率约为67.1%)提高了约1.45倍。进一步利用准一级动力学模型分析,研究发现Pd/mTiO_(2)NRs具有非常高的降解速率常数,达到0.05358 min^(-1),这一数值是单独mTiO_(2)NRs(0.01068 min^(-1))的5倍之多。更重要的是,经过5次循环使用后,该复合光催化剂的光催化效率几乎保持不变,证明了其良好的结构稳定性和可循环使用性。该研究不仅为开发高效光催化剂提供了新的研究思路,而且为环境净化领域提供了有力的技术支持,为解决实际环境问题提供了有效的解决方案。

以PVP为软模板构建的层状介孔TiO_(2)及其光催化性能

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为软模板、硫酸钛为钛源,采用无机沉淀-胶溶法制备了层状介孔PVP-TiO_(2)。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis-Abs)、比表面积分析仪(BET)分别对样品的表面形貌、晶相组成、紫外吸收带边、比表面积和孔结构进行了表征分析,对层状结构的形成机理进行了研究。以甲基橙为目标降解物,研究了样品的光催化性能。结果表明:在相同条件下,PVP-TiO_(2)对甲基橙的最佳降解率达到93.84%,明显高于纯TiO_(2)。经PVP改性后,TiO_(2)试样出现了层状介孔结构,结晶度和晶粒尺寸均减小,促进了锐钛矿向金红石相的转变,并且PVP的引入使得TiO_(2)的光吸收带边发生了一定的蓝移。

g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)的制备及可见光下光催化还原Cr(Ⅵ)试验研究

研究了通过溶胶-凝胶共混法制备g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)复合催化剂,并用于光催化还原Cr(Ⅵ),分析了g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)光催化还原性能及稳定性。结果表明:g-C_(3)N_(4)与介孔TiO_(2)最佳掺杂比为1∶5,g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)比表面积为137.061 m^(2)/g;吸收边界红移至可见光区域,禁带宽度为2.64 eV;g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)在Cr(Ⅵ)初始质量浓度1 mg/L、溶液pH=5、催化剂投加量1.6 g/L、未添加无机离子条件下反应45 min,光催化还原率高达100%;可见光照射下,g-C_(3)N_(4)/介孔TiO_(2)产生的光生电子可将吸附在催化剂表面上的Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ),反应更符合准一级反应动力学模型;催化剂循环使用7次后,对废水中Cr(Ⅵ)的去除率仍保持在83%以上,具有潜在应用价值。

Zr、N共掺杂介孔TiO_(2)的制备和可见光催化性能

以St ber法所制SiO_(2)纳米微球为硬模板,通过溶胶-凝胶法铝箔辅助NaBH_(4)还原制备Zr、N共掺杂介孔黑色TiO_(2)(Zr,N mes.-TiO_(2)-x)。选择亚甲基蓝(MB)为目标降解物,经XRD、BET和PL等表征手段,探究材料在不同pH、温度、催化剂用量等条件下的光降解性能。结果表明,Zr,N mes.-TiO_(2)-x具有极佳的光催化性能,其特有的孔结构,在降解污染物的过程具备吸附-光催化协同作用;常温条件下,催化剂可在50 min内对10 mg/L的亚甲基蓝实现99%的降解。

N掺杂介孔TiO_2柠檬酸催化合成及其光催化性能研究

采用柠檬酸酸催化溶胶-凝胶法合成了N掺杂介孔TiO_2,并用XRD、HRTEM、XPS、BET、UV-vis等手段表征了N-TiO_2。测试结果表明,煅烧前的样品是无定形TiO_2,低温煅烧后的产物是锐钛矿TiO_2,而750℃煅烧产物是金红石型。少量N元素的掺杂致使TiO_2的吸收带边位置发生少许红移,移向可见光区域。N_2吸附-脱附和光解甲基橙结果显示,N掺杂介孔TiO_2(3.0 at.%)的BET面积为102 m^2/g,孔尺寸大小约为9.8 nm,具有比P25更强的光催化降解甲基橙的能力。

醇热法制备介孔TiO_2及其光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,钛酸正四丁酯(TBOT)为钛源,异丙醇为溶剂,通过醇热法合成介孔TiO_2,用N_2吸附-脱附、XRD、TEM等技术对合成样品进行了表征。以亚甲基蓝的降解为模型反应,对介孔TiO_2催化性能进行评价并与商品DegussaP-25比较。实验结果表明,比表面积为248.8 m^2·g^(-1),孔径为4.92 nm的锐钛矿晶型介孔TiO_2具有很高的催化活性。

N_(2)等离子体改性介孔TiO_(2)的可见光催化性能及机理

在石英平板介质阻挡放电(DBD)反应器中,采用氮气(N)低温等离子体改性制备介孔TiO_(2)光催化剂(M-TiO_(2))。借助XRD、TEM、BET、UV-vis DRS和XPS等手段对M-TiO_(2)进行表征分析。结果表明,N等离子体与煅烧相结合的处理方式下制得的M-TiO_(2)较单纯煅烧处理方式具有更优的可见光催化性能。当CTAB/Ti摩尔比为1/3时,三种M-TiO_(2)中M-TiO_(2)(CTP+C)的比表面积最高(238.2m^(2)/g),禁带宽度最窄(2.51e V),O/O最大(35.7%);可见光持续照射240min时,M-TiO_(2)(CTP+C)对甲基橙(MO)的光降解率最高,达90%以上,且循环稳定性良好。N低温等离子体改性过程可有效改善M-TiO_(2)晶粒的分散性,促进Ti向Ti的转化,其可见光催化活性的提高主要归因于氧空位、间隙碳和间隙氮三者的共同作用。活性物种捕获实验和莫特-肖特基曲线测试结果表明,可见光下降解甲基橙的过程中起主要作用的是O_(2)和h^(+)。在此基础上,给出了M-TiO_(2)(CTP+C)可见光催化的机理模型。

木质纤维基碳量子点/介孔TiO_(2)复合体系的构建及光催化性能的研究

本研究以氮掺杂酶解玉米芯残渣碳量子点(E-N-CQDs)和介孔TiO_(2)进行复合,构建了介孔TiO_(2)/E-N-CQDs复合光催化剂体系,对其进行了分析表征,并探讨了其对水相中亚甲基蓝(MB)的降解能力。结果表明,E-N-CQDs具有良好的荧光性能,且其表面羧基、氨基等发色基团和助色基团增强了其荧光特性;介孔TiO_(2)具有较大的比表面积,孔径8-32 nm;与介孔TiO_(2)相比,光照300 min时,介孔TiO_(2)/E-N-CQDs对MB的降解率达到89%,提高了59%。由此可见,碳量子点的加入可显著提高介孔TiO_(2)的光催化降解能力,提高了对可见光的利用率。

多孔TiO2光催化剂的研究进展

综述了多孔TiO_2光催化剂的研究现状,阐述了从介孔SiO_2负载纳米TiO_2到介孔TiO_2及其元素掺杂改性研究,再到SiO_2负载TiO_2复合气凝胶的研究热点,最后提出通过乙醇超临界干燥制得具有孔道结构和锐钛矿相TiO_2的Si掺杂TiO_2气凝胶具有优异的光催化特性。

过硫酸盐激活协同可见光催化降解四环素的机理和降解路径

为了提升微污染水体中抗生素的降解效率,利用过硫酸钠(PDS)激活协同手性介孔TiO_(2)可见光催化(PDS/vis-TiO_(2))对四环素(TC)进行降解。详细对比研究了以手性TiO_(2)作为催化剂的PDS激活(PDS/TiO_(2))、可见光催化(vis-TiO_(2))和PDS/vis-TiO_(2)三种体系中,降解污染物的活性物种和污染物降解路径等的差异。结果表明,不对称的螺旋堆积结构在手性介孔TiO_(2)中引入了丰富的Ti^(3+),不仅提升了其可见光响应,同时能够激活PDS生成自由基。PDS/vis-TiO_(2)体系中光生空穴h^(+)和·OH等多种自由基可以同时参与TC的降解,5 h内其对TC去除率可达到95%以上,远超PDS/TiO_(2)体系(TC去除率为48.9%)和vis-TiO_(2)体系(TC去除率为71.1%)。PDS加入到光催化体系中,会受到光生电子的激活而产生自由基,从而消耗光生电子,提升光生空穴和电子的分离率,达到协同增强污染物的降解能力。另外PDS激活后产生自由基也会大大增加体系对TC的降解性能。密度泛函理论计算和中间产物分析结果表明,TC在PDS/vis-TiO_(2)体系中的降解路径包含了光生空穴h^(+)攻击TC的降解路径,同时也包括自由基攻击TC的降解路径。

醋酸甲胺对钙钛矿太阳能电池性能的影响

使用双面钝化潜力的添加剂醋酸甲胺(MAAc)对碳基全印刷介观钙钛矿太阳能电池(PMPSCs)进行改性。二氧化钛(TiO_(2))/钙钛矿界面处缺陷导致的非辐射复合得到抑制,电荷传输改善,光生电荷提取效率提高,表明钙钛矿表面的缺陷被成功钝化。由于电荷提取促进与缺陷钝化的协同效应,MAAc改性后,电池最高能量转换效率(PCE)提升到15.61%,在湿度为60%±10%的空气环境中保存55 d,仍保持初始PCE的90%。

可见光激发下模拟海水中四环素光降解的机制和路径

为了探明海水体系中多相光催化降解污染物的机制和路径,研究了在可见光激发下不同介孔TiO_(2)光催化降解纯水和模拟海水中四环素(TC)的过程,明确了不同盐离子对光催化降解过程的影响.结合自由基捕获实验,电子自旋共振(ESR)光谱和中间产物分析研究了光降解污染物的主要活性物种和模拟海水中TC降解途径.结果表明,模拟海水中TC光催化过程会受到显著抑制,手性介孔TiO_(2)催化剂对TC光降解反应速率相比其在纯水体系降低了70%左右,而非手性TiO_(2)光催化剂在海水体系中几乎不能降解TC.模拟海水中阴离子对光降解过程影响较小,但Mg^(2+)和Ca^(2+)存在会显著抑制光催化过程.无论在纯水还是模拟海水中,可见光激发后催化剂产生的活性物种都是空穴为主,因此模拟海水中降解路径与纯水体系中相同.盐离子不会抑制活性物种的产生,但Mg^(2+)和Ca^(2+)会富集在TC分子中电负性强的原子周边,阻碍空穴等对TC分子中电负性强原子的攻击,从而抑制了光催化降解效率.