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。

GQDs/TiO_(2)可见光催化降解抗抑郁药阿米替林的研究

阿米替林是一种被广泛使用的抗抑郁药,阿米替林及其代谢产物对水生生物和人体健康产生危害。阿米替林作为一种新兴污染物,其去除方法的研究受到广泛关注。研究采用水热法制备石墨烯量子点/二氧化钛(GQDs/TiO_(2))复合催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面测试(BET)表征了复合物的结构和形貌。催化剂可见光催化降解阿米替林性能表明,当GQDs的负载量为4%,溶液pH为11,催化剂投加量为0.08 g,阿米替林的初始浓度为5μmol/L时,GQDs/TiO_(2)对阿米替林的降解性能达到最优,为93.1%。GQDs的引入促进了光生电子空穴对的有效分离和转移,超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))是光催化过程中最主要的活性物种,其次是电子(e^(-))和羟基自由基(·OH)。

Ag_(2)O/TiO_(2)催化剂可见光催化脱硝性能

通过水热法制备锐钛矿TiO_(2)并与Ag_(2)O复合构建催化剂.利用BET,XRD,XPS等表征分析催化剂,并以NO为处理对象,探究反应条件对催化剂脱硝效率影响.结果表明,可见光下,当反应体系中NO浓度为23.6mg/m^(3)且氨气与氮气摩尔比为1:1时,Ag_(2)O/TiO_(2)(10%)的脱硝效率最佳达92.00%.进一步探究发现,改变反应体系中烟气湿度,脱硝效率基本不变.且同时存在CO_(2),SO_(2),NO等气体时,其脱硝效率可保持71.43%.表征结果显示与Ag_(2)O复合后比表面积增大,禁带宽度降低,PL谱峰强度降低,光电流密度提升.反应后的催化剂出现硝基非对称伸缩振动峰,因此推测,在反应进程中·O_(2)^(-),·OH,·O自由基作为氧化剂先将NO氧化为NO_(2),再进一步氧化为NO_(3)^(-),实现NO_(x)的脱除.当NH_(3)与NO_(2)的同时存在时,进一步将未完全反应的NO还原为N_(2),促进污染气体的转化,进一步提升脱硝效率.

空心板栗状MAPbI_(3)/TiO_(2)的制备及可见光下降解甲苯研究

首先,以TiCl_(4)为钛源,采用水热法制备空心板栗状TiO_(2)载体.然后,再以PbI_(2)及MAI(MA=CH_(3)NH_(3)^(+))为前驱体,采用溶液法在空心板栗状TiO_(2)上一步构筑MAPbI_(3)薄膜,形成空心板栗状MAPbI_(3)/TiO_(2)复合光催化剂.以甲苯为目标降解物,考察板栗状MAPbI_(3)/TiO_(2)在可见光下的催化降解性能,并对材料的能级结构进行分析,揭示材料的降解机理.结果表明:钙钛矿型MAPbI_(3)薄膜的组成及形貌与PbI_(2)和MAI投料比密切相关,随着投料比的增加,薄膜的成分由MAPbI_(3)和MAI两相变为纯MAPbI_(3),再转变MAPbI_(3)和PbI_(2)两相.能级匹配、结构特殊的板栗状MAPbI_(3)/TiO_(2)不仅可以降低光生电子和空穴的复合率,还能有效地将光生电子和空穴分别转移至MAPbI_(3)的导带及TiO_(2)价带,促进活性粒子·O_(2)^(-)和·OH的生成,因此在甲苯的降解中表现更优的性能.在可见光的照射下,MAPbI_(3)/TiO_(2)对甲苯的降解率在90 min内可高达98%.

基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器

全无机无铅双钙钛矿材料(Cs_(2)AgBiBr_(6))具有载流子寿命长、稳定性高和禁带宽度适中等优点,近年来在光电探测器的应用研究上受到广泛关注.本文通过将水热法生长的TiO_(2)纳米柱阵列嵌入到Cs_(2)AgBiBr_(6)层中形成紧密的核壳结构,增大两者的物理接触面积,提高光电探测器电子注入与电荷分离的效率.此外,TiO_(2)纳米柱阵列还可以有效减小光在器件表面的反射损耗,增强Cs_(2)AgBiBr_(6)薄膜的光捕获能力.实验结果表明,基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器在365 nm及405 nm多个波长均能激发高光响应且有良好稳定性和重复性,所得平均开关比分别为522和2090,以0.056 W/cm^(2)固定光强激发,响应度分别为0.019 A/W和0.057 A/W,比探测率分别为1.9×10^(10)Jones和5.6×10^(10)Jones.相比于传统TiO_(2)薄膜型Cs_(2)AgBiBr_(6)光电探测器,平均开关比分别提升65倍和110倍,响应度分别提升35%和256%,比探测率分别提升6.9倍和25倍.上述结果表明,基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器可为提高光电器件的效率提供参考方案.

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。

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。

不同形态铈改性的TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光光电响应性质

采用电化学阴极还原和阳极氧化法,制备了还原态铈和氧化态铈改性的TiO_2纳米管阵列,通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征样品形貌和晶相,得出还原态铈以单质铈纳米纤维形式存在于TiO_2纳米管内及表面,单质铈改性的TiO_2纳米管经阳极氧化后,以CeO_2和单质Ce形式共存.测定样品的光电流响应并计算样品的能带宽度.结果表明:单质铈改性的TiO_2纳米管阵列在可见光区光电流响应较TiO_2纳米管增强,单质铈添加存在最佳值,在10 mmol·L^(-1)溶液中制备的单质铈改性的TiO_2纳米管阵列光电流响应最强,能带宽度E_g减少到2.88 eV,并且随着单质铈含量的增加,载流子浓度增大,且平带电位向负向移动.单质铈改性的样品经阳极氧化后,样品在紫外光区和可见光区光电流响应都增强,但其在可见光区的响应强度要小于单质铈改性的TiO_2纳米管在可见光区的响应强度.

Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥的制备及光电催化性能研究

抗生素的过度使用对环境造成了持久性的污染,光电催化是降解抗生素的环保、高效技术,其中光电极的设计尤为重要。为提高抗生素降解速率,采用电化学还原和光还原法制备了Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥复合光电极,并用于模拟可见光照射下光电催化降解四环素的过程,考察其光电催化性能。结果表明,由于Ti^(3+)自掺杂和Ag纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应,复合电极有效地抑制了光生电子-空穴对的复合,并表现出更低的电荷转移电阻,提高了光电催化性能。复合光电极在可见光照射下,90 min后可降解87.9%的四环素,且5个循环后降解率保持在82.5%。这些结果表明,Ag-Ti^(3+)-TiO_(2)纳米锥复合光电极具有高降解效率、良好的稳定性和可持续的循环利用性,有望实现高效环保地光电催化降解抗生素。

Fe/TiO_(2-x)可见光活化过硫酸盐降解双酚A的作用机制

以TiO_(2)和FeCl_(3)为原料,通过水热-煅烧的方法成功制备了具有高可见光催化活性的Fe/TiO_(2-x)催化剂并将其应用于催化活化过硫酸盐降解BPA的研究中.结果表明,研究体系具有优秀的催化氧化能力,BPA(50mg/L)的降解率在40min内达到100%,矿化度达到68.92%,研究同时对复合材料中有无Ti^(3+)的自掺杂以及催化剂的投加量、PS浓度对体系降解有机物效能的影响进行了探究.该体系可通过自生光电子还原Fe^(3+)实现三价铁和二价铁的高效循环.硫酸根自由基(SO_(4)^(-)•)和羟基自由基(•OH)为体系中主要的活性氧化物质,其中•OH贡献率超过66.2%.研究结果同时表明,碱性环境以及体系中的CO_(3)^(2-)对体系降解效能具有抑制作用.

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。

可见光响应Gd-N-TiO_2纳米光催化剂的溶胶-水热制备及表征

利用溶胶-水热法制备了未掺杂、N掺杂、Gd掺杂和Gd-N共掺杂TiO2纳米光催化剂,以甲基橙(MO)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色评价其光活性;采用XRD、XPS、BET、UV-Vis和PL分析技术表征样品的物理化学性能,探讨Gd-N共掺杂对TiO2光活性的影响机制。结果表明,Gd掺杂能有效抑制光生e-/h+的复合,提高光量子效率;抑制TiO2晶粒生长,改善样品表面织构特性,明显提高紫外光活性。N掺杂窄化TiO2带隙,拓宽光吸收范围至可见光区,从而提高了可见光活性。Gd-N共掺杂进一步窄化带隙增加可见光吸收,减小晶粒尺寸,改善样品的表面织构特性,增强织构的热稳定性。与单掺杂样品相比,Gd-N-TiO2在可见光照射下对MO的光催化脱色活性进一步提高,这归因于Gd-N共掺杂的协同效应。

可见光响应超亲水TiO_2薄膜研究进展

介绍了TiO2薄膜的超亲水机理,论述了实现TiO2薄膜可见光响应超亲水性的改性技术,主要包括构建粗糙结构薄膜、贵金属沉积、离子掺杂、表面光敏化、半导体复合、TiO2/SiO2复合、多种改性方法联合使用等方法。总结了目前超亲水TiO2薄膜主要存在制备工艺复杂、改性条件苛刻、亲水寿命短等问题,并指出采用溶胶-凝胶法,利用多种改性方法的联合使用是解决这些问题的重要研究方向。

可见光响应TiO_(2)改性g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料的制备与性能

采用热聚合法结合溶胶法制备了TiO_(2)改性g-C_(3)N_(4)异质结光催化材料。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见漫反射光谱仪以及光致发光(PL)光谱仪等对其结构和性能进行了表征,研究了其对有机染料亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解活性。结果表明,TiO_(2)颗粒分布在g-C_(3)N_(4)的片层表面与其形成稳固的异质结结构,g-C_(3)N_(4)和TiO_(2)之间具有强烈的协同作用,提高了光催化材料在可见光区域的响应强度,并且有效地阻止了光催化材料中光生电子和空穴的复合,大大提高了催化剂的光催化反应效率。在可见光照射下,3.0 g g-C_(3)N_(4)制备的异质结复合材料对MB的降解率可达90.3%,与纯g-C_(3)N_(4)相比光催化性能有显著提高。循环测试表明该异质结光催化材料具有很好的光催化稳定性。

纳米Pd@Fe/TiO_(2)光催化选择性还原硝酸盐和亚硝酸盐

采用微波水热和光还原法制备了一系列三元Pd@Fe/TiO_(2)催化剂,用于紫外可见(UV-Vis)光还原硝酸盐和亚硝酸盐.与纯Fe/TiO_(2)相比,1%Pd@Fe/TiO_(2)在UV-Vis、缺氧和不添加氢源的条件下,表现出更强的光催化性能,在180 min内去除了93.4%的硝酸盐和90.5%的亚硝酸盐.动力学符合一阶衰减模型,1%Pd@Fe/TiO_(2)的最优速率常数分别是Fe/TiO_(2)和TiO_(2)的3.16和4.92倍.活性的增强源于Fe和TiO_(2)之间的肖特基势垒对光谱吸收范围的扩展和Pd的表面等离子共振(SPR)效应.1%Pd@Fe/TiO_(2)的重复性测试表明,样品具有较高的稳定性.此外,研究了Pd负载量对硝酸盐选择性的影响,并对光催化脱氮机理进行了讨论.

原位合成可见光响应TiO_2/SnS_2及其光催化还原水中Cr(Ⅵ)的性质研究

本文以钛酸四丁酯、四氯化锡和硫代乙酰胺为原料,在无水乙醇-水-冰醋酸的混合溶剂中得到可见光响应TiO_2/SnS_2纳米复合材料,采用XRD、TEM、HRTEM、XPS和UV-vis等测试手段表征了产品的结构、组成和光学性质;以可见光(λ>420 nm)为光源、K2Cr2O7水溶液为模型污染物,考察了所制产品和物理混合法所制的具有相同组成的PM-TiO_2/SnS_2的光催化活性.实验结果表明:得到了可见光响应的表面分散型TiO_2/SnS_2纳米复合材料具有比SnS_2纳米片、TiO_2纳米晶和PM-TiO_2/SnS_2纳米粉更高的可见光催化活性和良好的光催化稳定性;TiO_2和SnS_2具有匹配的能带结构,形成的表面分散型的异质结界面利于光生载流子有效分离和转移是ISTiO_2/SnS_2具有良好催化性能的重要因素.

硫氮共掺杂的片状镶嵌立方中空TiO_(2)纳米晶的制备及其可见光催化性能

采用醇热法合成了具有不同掺杂能级的S/N共掺杂的片状镶嵌立方中空TiO_(2)纳米晶(SN-CHT),以提高其在可见光下的光催化活性.通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、光致发光(PL)、莫特-肖特基和RhB降解实验,研究了所制备样品的形态、光学和光催化性能.结果表明:甲硫氨酸含量为0.25 g的SN-CHT样品表现出最优异的光催化活性,是纯立方中空TiO_(2)纳米晶的3.17倍.RhB的可见光降解率在90 min后可以达到99.9%,其一阶动力学常数为0.86×10^(-2) min^(-1).其可见光催化活性主要归因于引入硫和氮元素后形成的新的掺杂能级和变窄TiO_(2)的带隙促进了光生电子-空穴对的分离,这在莫特-肖特基图和Tauc图中得到了证实.故用S/N元素共同修饰立方体空心TiO_(2)纳米晶是一种能提高光催化性能的有前景的方法.

Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料的制备与应用研究

为研制具有高自然光利用率和高光生量子利用率的Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料(ABTT)。采用“溶胶-凝胶+真空诱导+氢还原”的三步法进行制备,核心原料包括天然电气石微粉、钛酸盐、硝酸银等。通过光催化降解甲基橙、吸光度测试、扫描电子显微镜(SEM)、SEM电子束轰击法、抑菌圈法等分别对其光催化性能、吸光度、微观结构、天然电场特性、抑菌性能等进行了表征。结果表明:ABTT微观表面和晶核表面的无序结构使其显现为深灰黑色,黑纳米TiO2呈现为多层状颗粒,表面具有纳米凸起,且存在丰富的纳米孔,该结构能够在光催化反应过程中提供更为丰富的光催化点位。ABTT微粒的电子束轰击行为呈现出发亮且团聚的现象,这表明电气石的天然电场特性在ABTT微粒中得到了良好的保持,同时其紫外-可见吸收光谱存在明显的红移。且ABTT对甲基橙的120 min光催化降解率达到了99.2%,ABTT与普通内墙涂料质量比为0.8∶100时,对甲醛的24 h光催化降解率为88.6%,对金黄色葡萄球菌及大肠杆菌的抑菌圈直径可达20.3 mm和22.5 mm。可见,Ag-黑纳米TiO_(2)-电气石可见光催化材料在自然光照条件下具有优良的光催化性能和抑菌性能,在环保领域具备良好的应用前景。

可见光响应微晶TiO_2的低温制备与表征

以钛酸四丁酯为原料,在高浓度的硝酸溶液条件下,采用低温水解方法合成微晶TiO2光催化剂,分别采用XRD、FITR、SEM、TEM、PL等测试技术对催化剂进行了表征。实验结果表明:在低温85℃条件下,加入65 mL硝酸可以制得结构和形貌不同的TiO2微晶,该材料在225 nm波长诱导下表现出420 nm的发光性能。所得TiO2微晶60 min之内可在太阳光照射条件下将25 mg/L的甲基橙完全分解。