Cr掺杂TiO2纳米线/还原氧化石墨烯复合物的制备及光催化活性

以TiO_2纳米颗粒P25和氧化石墨烯(GO)为原料,Cr(NO_3)_3·9H_2O为Cr源,采用碱性水热法制备了Cr掺杂TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(Cr-Ti O2 NWs/RGO).采用类似方法合成了TiO_2纳米线(Ti O2NWs)、Cr掺杂Ti O2纳米线(Cr-TiO_2NWs)和TiO_2纳米线/还原氧化石墨烯复合物(TiO_2 NWs/RGO)等其它样品.通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼(Raman)光谱、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)等方法对样品进行了表征.测试了样品在可见光下对亚甲基蓝(MB)的降解活性,结果表明,Cr-TiO_2NWs/RGO在120 min内对MB的催化降解率为TiO_2NWs的2.2倍,催化降解速度为TiO_2NWs的5.8倍.

La掺杂TiO2光催化材料制备工艺优化与催化性能

采用溶胶凝胶法制备La掺杂改性纳米TiO_2光催化材料,利用X射线衍射仪与jade软件分析材料的晶相结构与晶格参数,采用三因素正交试验法探索La掺量、热处理温度、热处理时间对材料的光催化性能的影响;并利用SEM对最佳制备工艺条件下的材料进行微观表征。结果表明,在La摩尔掺量为0.5%、热处理温度为550℃、热处理时间为2 h条件下,材料的晶粒大小和畸变程度达到最佳平衡状态;对NO气体的光降解率达到70.26%。La掺杂改性后,材料粒径更加均匀,多分布在18~20 nm区间。

ZnO纳米线与硫掺杂TiO2微/纳复合材料的制备及其光催化活性

采用水热法制备了ZnO纳米线与硫掺杂TiO_2(ZnO/S-TiO_2)微/纳复合光催化剂,采用SEM、XRD和XPS等方法对复合光催化剂进行表征,探讨了硫掺杂量和煅烧温度对该复合催化剂光催化性能的影响.结果表明,Zn O微米线表面形成了粒径较为均一的纳米S-TiO_2颗粒,硫掺杂TiO_2中形成了Ti—O—S键;当硫掺杂量为0.8%(物质的量分数)并经500℃高温煅烧的复合光催化剂对菲的降解呈现出最好的光催化活性.

Ag掺杂TiO2光催化剂的制备及其处理造纸废水研究

采用溶胶-凝胶法制备Ag掺杂TiO2(Ag-TiO2)光催化剂,采用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)对所制备Ag-TiO2光催化剂进行表征,并用该光催化剂处理中段造纸废水,以降低造纸废水的CODCr和色度。探讨了Ag掺杂量、造纸废水初始pH值、光催化剂用量和光照时间对处理效果的影响。结果表明,Ag掺杂后TiO2的结晶度下降,Ag-TiO2的禁带宽度随Ag掺杂量的增大而减小。废水处理结果表明,当造纸废水初始pH值为6、光催化剂用量为0.6g/L、Ag掺杂量为3%时,Ag-TiO2光催化效果最佳,光照12 h后,造纸废水的色度和CODCr去除率分别达到100%和81.3%。

金掺杂TiO2纳米管的制备及其低温CO氧化催化性能

在NaOH溶液中水热处理TiO2粉末得到高比表面积的TiO2纳米管,通过浸渍-沉积法制备金掺杂TiO2纳米管(Au/TiO2 NTs).通过BET、XRD和TEM等手段对所得材料进行表征,并测定Au/TiO2 Nts对CO氧化的催化性能.载体的形态、制备过程中HAuCl4溶液的pH值、灼烧温度以及气氛、金含量对Au/TiO2 NTs的活性影响极大.

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％。

液相沉积法制备Fe3＋掺杂TiO2薄膜及其性能分析

液相沉积法制备Fe3＋掺杂的TiO2亲水性薄膜，利用扫描电镜、水滴接触角的测试分析了薄膜的表面形貌及铁离子对亲水性能的影响。

光沉积Fe（Ⅲ）掺杂TiO2光催化降解莠去津废水研究

采用光沉积法制备了Fe(Ⅲ)掺杂TiO2光催化剂,考察了反应时间、催化剂使用量、过氧化氢浓度、溶液pH值以及催化剂的重复使用对光催化降解莠去津废水效率的影响。结果表明,在反应时间14min、催化剂浓度0.8g·L^-1、双氧水浓度0.8mmol·L^-1、pH=3的最佳实验条件下,该催化剂处理莠去津废水的催化降解效率可达95%以上,且催化剂重复使用多次后,催化效率没有出现明显下降。实验结果可为光催化处理难降解莠去津除草剂农药废水提供依据。

棉织物负载硫氮共掺杂TiO2光催化的抗菌整理

为了开发高品质的耐久性抗菌棉织物,采用快速溶胶⁃凝胶法制备硫、氮共掺杂TiO2溶胶,通过浸渍和热处理将掺杂TiO2负载于棉织物上制得抗菌织物。分析了表征掺杂TiO2的吸收光谱和抗菌织物的显微结构;测试了不同整理工艺所制抗菌织物的抗菌性能。结果表明:带液率80%、烘干温度130℃、烘干时间80 min时,所制得抗菌织物对大肠杆菌的抑菌率达99.5%,经20次洗涤后,其抑菌率仍达93.3%;抗菌织物的强力、吸湿、白度、pH值等满足服用性能和安全规范要求。

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。

C-Nb掺杂TiO2的电子结构与光学特性的第一性研究

运用第一性原理计算,研究了C单掺杂TiO2体系、C与双Nb掺杂TiO2体系的电子结构和光学特性。构建了C、C与双Nb掺杂TiO2体系。并比较多种C与双Nb掺杂TiO2构型的总能,发现C与双Nb近邻补偿共掺构型最稳定。对于C原子单掺杂TiO2,其带隙中出现主要由C-2p轨道构成的3个子带,但是存在电子部分占据带隙子带,这种半占据子带在光催化过程中会成为新的电子-空穴复合中心,降低了光生电子分离效率。对于C与双Nb补偿掺杂TiO2体系,其带隙中出现主要由Nb-4d轨道和C-2p轨道耦合而构成的3个带隙态,此时,由于两个Nb原子提供了足够的电子用于补偿C原子的双受子行为,其带隙子带被电子完全所占据,消除了C单掺TiO2存在的缺陷,进一步提高了光生电子的量子效率。最后,对纯TiO2和C与双Nb掺杂TiO2体系的光吸收谱进行了计算,其结果显示C与双Nb近邻共掺TiO2体系的光吸收谱拓展到可见光区域。

热处理温度对硫氮共掺杂TiO2光催化抗菌性能的影响

为研究凝胶烘干温度对硫氮共掺杂TiO2(S-N-TiO2)光催化抗菌性能的影响,以钛酸丁酯为前驱体,硫脲和尿素为掺杂体,采用快速溶胶-凝胶法,在不同烘干温度下制备出硫氮共掺杂TiO2光催化抗菌剂。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、紫外可见光漫反射光谱(UV-VisDRS)表征分析抗菌剂的微观结构。利用振荡法分析其在可见光下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果表明:红外光谱图中出现了N—Ti键与Ti—S键的振动峰,硫氮成功掺杂进TiO2晶格;纳米TiO2的吸收边带红移至425nm处,可见光响应能力提高。当烘干温度为60℃时,所制S-N-TiO2抗菌剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率分别达97.7%和100%。

氮气流量对磁控溅射C掺杂TiO2薄膜光学性能的影响

采用磁控溅射法制备了C掺杂TiO2薄膜,并研究了氮气引入溅射过程对薄膜光学性能的影响。利用X射线衍射仪、拉曼光谱仪、X射线光电子能谱仪、分光光度计和原子力显微镜分析了不同氮气流量下薄膜的微结构、元素价态、透光性能和表面形貌。结果表明,沉积的薄膜主要是非晶结构,拉曼光谱中存在少量锐钛矿相,且随着氮气流量增大,锐钛矿特征峰强度减弱,意味着晶粒出现细化。当氮气流量增大为4cm3/min时,C掺杂TiO2薄膜内氮元素含量为3.54%,其光学带隙从3.29eV变化至3.55eV,可见光区的光学透过率明显提高。可见改变氮气流量可实现对C掺杂TiO2薄膜光学带隙和光吸收率的有效调控。

稀土元素（镧、铈）掺杂TiO2复合材料的制备及其光催化性和抑菌性的研究

以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)、蒸馏水、无水乙醇、冰乙酸、氧化镧(La2O3)和氧化铈(CeO2)为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2和稀土元素掺杂的TiO2复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、ICP-OES等离子体发射光谱元素分析、紫外-可见光谱仪和培养基扩散法对样品进行了表征和性能研究。实验结果表明:本实验成功制备了锐钛矿晶型的TiO2粉末和镧掺杂的二氧化钛粉末(La/TiO2),因氧化铈微溶于酸,没有溶解到溶液中,Ce基本没有掺入到二氧化钛中,所制备的粉末主要是锐钛矿型二氧化钛和氧化铈的混合物,对TiO2的性能基本没有影响。La/TiO2粉末中La元素的含量为8.24%,在300 min内La/TiO2光催化罗丹明B溶液的脱色率提高达到91.2%,对金黄色葡萄球菌有良好的抑制作用。

N掺杂TiO2整理棉织物的制备及力学性能研究

利用溶胶凝胶法制备了N掺杂TiO2并用于改性棉织物,研究了改性前后棉织物力学性能与环境、纳米颗粒和拉伸速率的关系。结果表明,经N掺杂TiO2整理后的棉织物在干燥、潮湿和紫外等环境和不同拉伸速率下均具有更好的力学性能。

稀土Sm掺杂TiO2第一性原理计算及光催化性能评价

以钛酸四丁酯和六水合硝酸钐为原材料,采用溶胶-凝胶法制备了纯二氧化钛(TiO2)及镧系稀土钐(Sm)掺杂改性TiO2光催化剂。基于密度泛函理论第一性原理,采用分子模拟对纯TiO2及Sm掺杂改性TiO2光催化剂的电子结构进行计算分析,并对样品进行表征。以卤素灯为可见光源,目标污染物为一氧化氮(NO)气体,评价了各样品在可见光条件下对NO气体的光催化活性。结果表明,Sm掺杂改性能调整TiO2晶体的内部电子结构,Sm^3+取代Ti^4+形成氧空位及晶格缺陷,引入中间杂质能级,抑制光生电子与空穴的有效复合,降低带隙宽度,提升光催化剂的光响应范围及光催化活性。在稀土Sm掺杂量为0.2%(质量分数),煅烧温度为550℃,光照时间为40min的条件下,Sm掺杂改性TiO2光催化剂对NO的降解率达到81.74%。

溶胶-凝胶法合成的TiO2和Fe、Zn和Si掺杂TiO2 纳米粉体的光催化研究

利用溶胶-凝胶法合成了纳米尺寸的TiO2和Fe,Zn和Si掺杂的TiO2纳米粉并进行了粉体微观结构和晶体结构的表征.通过纳米粉对甲基橙的分解研究了合成粉体的光催化特性.溶胶-凝胶法制得的TiO2纳米粉具有比商业TiO2高的光催化活性:但掺杂5%Fe,Zn或Si却没有带来TiO2的光催化活性的提高.

N掺杂TiO_2纳米粒子表面光生电荷特性与光催化活性

以尿素为氮源,采用水热法制备了不同N掺杂量的TiO2(N-TiO2)光催化剂.利用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS),X射线光电子能谱(XPS)及荧光(PL)光谱等技术对其进行了系统的表征.以罗丹明B(RhB)和甲基橙(MO)溶液的脱色降解为模型反应,分别考察了N-TiO2光催化剂在紫外和可见光区的光催化活性.利用表面光伏(SPV)和瞬态光伏(TPV)技术研究了N-TiO2纳米粒子表面光生电荷的产生和传输机制,并探讨了光生电荷与光催化活性之间的关系.结果显示,随着N含量的增大,TiO2表面光伏响应阈值红移,可见光部分光电压响应强度逐渐增强,瞬态光伏响应达到最大值的时间亦有着不同程度的延迟.这表明适量的N掺杂能够提高TiO2纳米粒子中光生载流子的分离效率,相应地延长载流子的传输时间,增加光生电荷的寿命,从而促进其光催化活性;而过量的N掺杂则增加了TiO2纳米粒子中光生载流子的复合中心,抑制其光催化活性.

稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性影响的理论和实验研究

从理论和实验两方面探讨稀土金属掺杂对锐钛矿型TiO2光催化活性的影响.理论上采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理,对稀土掺杂TiO2前后的几何结构、能带结构、态密度及电子结构进行了系统的研究.结果表明,Y,La,Gd,Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺杂有助于TiO2光催化活性的提高;而对于Pr,Nd,Pm,Sm,Dy,Ho,Er和Tm掺杂,由于在价带顶和导带底之间形成了较多的可能成为光生电子和空穴的复合中心的杂质能级,故此类稀土的掺杂浓度需要控制在较小的范围内.另一方面,采用溶胶-凝胶法制备了9种稀土金属(RE=Y,Ce,Pr,Sm,Gd,Dy,Ho,Er,Yb)掺杂的TiO2粉体,运用X射线衍射(XRD)和紫外-可见光谱法(UV-Vis)分别表征其晶体结构和光学吸收性质.结果表明,掺杂前后的TiO2均为锐钛矿相,且Ho,Pr,Ce,Sm,Y,Yb和Gd掺杂使TiO2在可见光区的吸收有不同程度的提高.理论预测与实验结果基本一致,且理论研究结果与周期表中稀土元素外层电子轨道排布规律一致,从而揭示了稀土元素掺杂的本质规律,指明了适量的稀土掺杂有利于TiO2光催化活性的提高.

一步溶剂热法合成C掺杂介孔TiO_2可见光光催化材料

在无模板剂的条件下,以钛酸四丁酯为钛源,采用一步溶剂热法,在乙醇体系中合成出C掺杂TiO2球状介孔可见光光催化材料.通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、氮气吸附-脱附仪、X射线光电子能谱(XPS)、固体漫反射(UV-Vis)以及光降解罗丹明B实验等对其进行了结构表征和性能测试.实验结果表明,合成样品为锐钛矿晶型,材料表现为由纳米粒子堆积而成的大小均一的球形形貌.TiO2材料的结晶度和粒子形貌大小可以通过乙酸加入量来进行调控,这对于实际应用具有重要意义.同时,通过测试证明样品中的C原子进入TiO2晶格内部,取代了O原子的位置,窄化了TiO2内部的能带结构,从而大大提高了材料的可见光光催化活性,结果证明合成材料对污染物具有很好的吸附性能和光降解性能.