Li-Ce共掺杂TiO_(2)纳米材料制备及光催化性能的研究

选用六水合硝酸铈(Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O)为掺杂剂,以钛酸四丁酯(TBOT)为原料,采用溶胶-凝胶法制备出铈掺杂改性的TiO_(2)光催化剂,并利用XRD、SEM、Uv-vis等表征方法研究Ce/TiO_(2)催化剂的结构、形貌和其对亚甲基蓝的光催化降解性能。结果表明:在500℃退火2 h,Ti与Ce物质的量比为1∶0.01(TiO_(2):0.01Ce)时,样品光催化效率最高,对亚甲基蓝降解率可达93.8%。同时还对TiO_(2):0.01Ce进行Li共掺改良,其光降解率可达95.4%,大于相同条件下单掺杂Ce的光降解率。

稀土La掺杂TiO_(2)纳米纤维高响应光催化降解染料研究

为了提高TiO_(2)光催化性能,并研究金属离子掺杂对TiO_(2)光催化性能的影响,采用静电纺丝技术和煅烧工艺制备稀土元素La掺杂TiO_(2)无机纳米纤维膜,通过SEM、XRD、FT-IR、TG测试对材料的形貌、结构进行表征,以亚甲基蓝为靶向降解剂,进一步深入研究La^(3+)改性TiO_(2)光催化氧化降解染料的机理。结果表明,当染料浓度为10 mg/L,La^(3+)掺杂改性纳米TiO_(2)纤维的浓度为15 mg/10 mL条件下,催化10 min的降解率为63.41%,催化70 min的降解率即可达到99.87%,比未掺杂TiO_(2)纳米纤维的降解率提高了6.36%,可见,La^(3+)的掺杂提高了TiO_(2)光催化降解速率,所需要的时间减少了。

Ce掺杂Ni_(2)P纳米片的电子调控促进高效析氧

设计高效非贵金属析氧反应(OER)电催化剂对电化学能量转换具有非常重要的意义.本文通过水热法和煅烧法,成功制备了铈(Ce)掺杂磷化镍(Ni_(2)P)纳米片催化剂Ce-Ni_(2)P.微量Ce掺杂使催化剂表面产生丰富的磷空位,并显著调控了催化剂表面的电子结构,优化了催化活性位的化学价态.得益于Ce掺杂对催化剂表面的电子结构调控,Ce-Ni_(2)P催化剂在碱性电解液中表现出优异的OER性能和长期的稳定性.在50和100 mA/cm^(2)电流密度下,Ce-Ni_(2)P的OER过电位分别为241和281 mV,显著优于Ni_(2)P和商用RuO _(2)的过电位.

MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能

将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。

钪与氧空位共掺杂锐钛矿相TiO_(2)的形成能与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了钪(Sc)、氧空位(OV)单/共掺杂锐钛矿相TiO_(2),对晶体结构、形成能以及电子结构进行了对比分析.研究结果表明,Sc-TiO_(2)在富氧环境下缺陷形成能为负值,富钛环境下缺陷形成能为正值,表明Sc-TiO_(2)只能在富氧环境下制备;OV-TiO_(2)、Sc-OV-TiO_(2)在富氧或富钛环境下缺陷形成能均为负值,但富氧环境下形成能更低;OV-TiO_(2)的0/1-缺陷电荷转变能级为深能级,而Sc-TiO_(2)的0/1-缺陷电荷转变能级则属于相对较浅能级;与纯锐钛矿相TiO_(2)相比,Sc-TiO_(2)的禁带宽度略有减小,但OV-TiO_(2)、Sc-OV-TiO_(2)禁带宽度变宽.

高压辅助溶胶-凝胶法制备La掺杂TiO_(2)光催化剂及其可见光降解甲基橙研究

根据溶胶-凝胶法和水热法制备TiO_(2)的优点和不足,本工作提出了一种高压辅助溶胶-凝胶法(简称HG法)可控地制备La掺杂TiO_(2)。通过该方法,可以高效制备锐钛矿相La掺杂TiO_(2),且制得样品纯度高,分散性好。通过控制La掺杂比例(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%,质量分数,下同),可以调控TiO_(2)禁带宽度变化(3.15~2.80 eV);其中,0.20%La掺杂TiO_(2)(0.20%La-TiO_(2))的禁带宽度可达2.80 eV。甲基橙(MO)光催化降解实验结果表明,0.20%La-TiO_(2)的光催化活性优异,其在可见光照射下160 min内对MO的降解率可达92%,是本征TiO_(2)的38.30倍;·O_(2)-是驱动0.20%La-TiO_(2)光催化降解MO的主要活性物质。本工作提出的高压辅助溶胶-凝胶法可为制备高活性TiO_(2)基光催化剂提供有益的方法及条件参考。

Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷的制备与表征

本研究分别用微量Zn^(2+)与Sn^(4+)取代Mg_(2)+与Ti^(4+),通过固相反应法制备了Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)微波介电陶瓷,并采用阿基米德法、XRD、SEM、EDS及网络分析仪等手段,分析了材料的基本物性和介电特性。基本物性分析结果表明,烧结温度、Zn掺杂量x、Sn掺杂量y等因素对Mg_(2)TiO_(4)的晶体结构无明显影响,烧结致密性随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4),烧结致密性最佳,达到98%。微波介电特性分析结果表明,Zn-Sn共掺杂Mg_(2)TiO_(4)的介电常数εr与品质因数Q×f值,均随烧结温度的升高而呈先增大后减小的趋势,且其谐振频率温度系数τf具有较好的稳定性,其中在1300℃下烧结所得的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O4,εr≈15.55,Q×f≈319690GHz,此时τf≈-52.06×10^(-6)·℃^(-1)。与前人的研究结果比较后可知,本研究制备的(Zn_(0.05)Mg_(0.95))2(Sn_(0.05)Ti_(0.95))O_(4)不仅将烧结温度大幅下降至1300℃,还能将品质因子提升至319690GHz,使其微波介电性能得到有效改善。

一步水热法制备锰氮掺杂TiO_(2)及光催化降解室内甲醛

采用一步水热法,以四水氯化锰为锰源,尿素为氮源,制备了锰掺杂、氮掺杂以及锰氮共掺杂TiO_(2)光催化剂。采用X射线衍射仪、紫外可见漫反射光谱仪、透射电镜及X射线光电子能谱仪等对样品进行表征;以氙灯模拟太阳光照条件,以气态甲醛为目标污染物,测试了样品的光催化性能。研究结果表明:各掺杂样品均为锐钛矿相结构,吸收均出现不同程度红移,禁带宽度变窄;Mn/Ti掺杂最佳摩尔比为0.10%,N/Ti掺杂最佳摩尔比为50%,各最优掺杂比例样品光催化性能从高到低为Mn-N-TiO_(2)-50,N-TiO_(2)-50,Mn-TiO_(2)-0.10和纯TiO_(2),12 h内的甲醛降解率分别为81.67%,72.02%,62.39%,46.78%,共掺杂样品的光催化性能优于单掺杂样品与纯TiO_(2)样品,表现出明显的协同作用;5次循环后,Mn-N-TiO_(2)-50的甲醛降解率仍有73.82%,表现出良好的稳定性。

氮掺杂对环境空气中TiO_(2)纳米催化剂抗甲醛光催化矿化的影响

通过氮掺杂TiO_(2)(N-TiO_(2))浸渍蜂窝过滤器构建了一系列原型光催化空气净化器(AP(N_(x)-C_(y)))系统,并用于在UV-LED光(1 W)照射条件下光催化分解0.5-5 ppm甲醛(CH_(2)O)蒸汽.在上述催化过滤器系统中,Nx和Cy分别代表N/Ti摩尔比(0-20)和N-TiO_(2)浓度(2-20 mg mL^(-1)).光催化分解实验结果表明,AP(N_(10)-C_(10))的性能最好,其催化CH2O转化为CO_(2)的转化率最高,循环反应10次后CO_(2)产率仍达到89.2%,在干燥空气中的清洁空气输送速率为9.45 L min^(-1).N10-C10的电荷载流子寿命(τa:1.70 ns)优于其他样品(如纯TiO_(2)的电荷载流子寿命为1.37 ns),这表明N缺陷(No)有助于降低带隙(3.10 eV)和产生氧空位OVs-Ti^(3+),这与密度泛函理论(DFT)模拟结果一致.采用原位漫反射红外傅里叶变换、电子顺磁共振和DFT分析等多种方法研究了CH_(2)O的光催化氧化途径.结果表明,氧化过程涉及多个能量有利的中间步骤(例如CH2O以CH_(2)O_(2)的形式在TiO_(2)-OV{110}表面的桥连O/OH基团上发生放热共价吸附,随后通过催化脱氢/氧化反应直接生成CO_(2):CH_(2)O_(2)/HCOO^(-)+•OH→H_(2)O+CO_(2)).这些步骤与具有N杂质的{101}表面上化学活性Ti原子的态密度计算结果一致.预计No缺陷和OVs的存在将通过降低活化能垒来影响反应能量和中间产物,从而在加湿条件下实现有效的矿化.综上,本文为设计和构建先进的光催化系统,并用于环境空气中醛类挥发性有机物(VOCs)的有效矿化提供了新思路.

基于静电纺丝法制备Ce掺杂WO_(3)的NO_(2)气体传感器研究

为了提高WO_(3)对NO_(2)的气敏性能,利用静电纺丝技术制备了Ce掺杂的WO_(3)纳米纤维,制备了WO_(3)和不同掺杂比例的Ce-WO_(3)气体传感器进行气敏实验。实验结果表明:Ce元素的掺入明显提高WO_(3)对NO_(2)的传感性能,而且降低工作温度到100℃,当NO_(2)的浓度为5 ppm时,2mol%Ce-WO_(3)传感器响应值为22.16。通过XRD、SEM、XPS等表征方法对其结构、形貌以及表面化学态进行了表征,利用UV-vis对其带隙进行了表征和分析。结果表明:2mol%Ce-WO_(3)传感器对NO_(2)性能的提升主要得益于表面吸附氧含量的增加以及Ce掺杂之后对带隙的减小。

氮掺杂TiO_(2)光催化剂制备及性能分析

目的 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对催化剂性能分析。方法 :制备氮掺杂TiO_(2)光催化剂,并对其进行比表面积、紫外-可见吸收光谱、光催化活性等测试。结果 :随着煅烧温度的不断增加,催化剂比表面积呈现出逐渐递减的趋势;催化剂在400~500 nm波段可见光区域内具有光催化活性;随着煅烧温度的逐步提升,催化剂降解能力逐渐增强,直至400℃时达到最佳状态。结论 :氮掺杂TiO_(2)光催化剂在400℃温度煅烧下的各项性能最佳,因此在实际应用中,应将这一温度作为最佳煅烧条件。

Ce掺杂0.94MgTiO_(3)-0.06(Ca_(0.8)Sr_(0.2))TiO_(3)陶瓷的制备及微波介电性能

为了提高MgTiO_(3)-(Ca_(0.8)Sr_(0.2))TiO_(3)(MT-CST)微波介质陶瓷的品质因数,通过SEM、XRD、拉曼光谱仪与XPS分析手段,研究了Ce掺杂对MT-CST陶瓷成分晶体结构和微波介电性能的影响.结果表明:高价Ce^(3+)取代Mg^(2+)可使氧空位缺陷得到有效抑制,从而降低了微波介质损耗,可使品质因数得到较大提升.制备的陶瓷具有优异的微波介电性能:介电常数为20.8,品质因数为61000 GHz,谐振频率温度系数为-4.99×10^(-6)/℃.

高分子网络凝胶法制备Fe、Ce掺杂TiO_(2)粉体的组织结构和光学性能研究

采用高分子网络凝胶法制备了Fe、Ce单掺和共掺TiO_(2)粉体,采用热重(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光(UV-Vis)对粉体的热效应、晶体结构、吸收光谱进行了研究。结果表明:与纯TiO_(2)相比,无论单掺还是共掺,TG变化基本上是一致的,但是掺杂后明显提高了锐钛矿相向金红石相的转变温度。Fe、Ce离子的掺杂并未改变TiO_(2)的物相组成,Ce离子的掺杂会抑制锐钛矿向金红石的转变而Fe离子会促进转变进行。Fe、Ce单掺与共掺TiO_(2),形貌无明显变化,掺杂后都可以细化TiO_(2)晶粒,从而增大粉体的比表面积。共掺比单掺可见光吸收性能要好,当掺杂量为1.0%Fe-0.5%Ce时,样品光吸收带边红移最明显,达到556.8nm。

改性TiO_(2)在光电协同下处理偶氮染料废水的研究进展

偶氮染料(AZO)是一类难被生物降解的水溶性高分子有机物,近些年来,由于良好的染色性能被广泛应用于印染等相关行业,但AZO废水一旦排入自然水体将会造成重大的环境污染问题。本文主要介绍了不同类型的改性TiO_(2)对AOZ废水的处理效果并分析了作用原理,对比分析了单一TiO_(2)与改性TiO_(2)的优缺点,积极探索改性TiO_(2)催化剂的催化机理,解析金属和非金属掺杂在其中的具体作用,为今后更加精准地控制掺杂金属或者非金属比例、提高催化剂效率提供科学依据和技术支持。

Er^(3+)掺杂量对TiO_(2):Er粉体上转换发光性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了Er^(3+)离子掺杂的TiO_(2)纳米粉体。通过X射线衍射、荧光检测对制备的纳米晶微结构、发光性能进行了表征。结果表明:纳米晶微结构及粒径随掺杂量呈规律性变化,掺杂稀土离子可抑制其相变。在980nm红外激光泵浦下,其发射峰分别位于527nm、548nm、660nm处,通过改变Er^(3+)掺杂量,获得绿红强度比最高为29.3,最低为0.7,实现了单一掺杂改变发光颜色的调控。借助交叉弛豫与浓度猝灭理论,解释了其发光性能的规律性变化,并分析了其上转换机制。

钨掺杂TiO_(2)的制备及其对罗丹明B光催化性能

以P123为模板剂,钛酸丁酯(TBOT)为钛源,采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)合成TiO_(2)催化剂。利用钨对TiO_(2)进行掺杂制备WO_(3)/TiO_(2)催化剂。采用X-射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、扫描电镜(SEM)对催化剂进行表征。并研究了光照时间和催化剂加入量对WO_(3)/TiO_(2)降解罗丹明性能的影响。结果表明:在太阳光照射下,罗丹明B初始浓度5 mg/L(V=25 mL),加入催化剂0.10 g,光照2 h后,WO_(3)/TiO_(2)催化剂对罗丹明B最大降解率可达80.76%。

复合改性纳米TiO_(2)催化降解五氯苯酚的试验研究

为了探究纳米C-Co/TiO_(2)催化剂降解五氯苯酚的动力学特性,采用溶胶-凝胶法,制备了C、Co双元素掺杂复合改性的纳米C-Co/TiO_(2)催化剂。利用XRD、SEM-EDS、UV-vis进行表征分析,结果表明:掺杂C、Co元素后,纳米C-Co/TiO_(2)晶型未发生改变,特征峰强度增强,晶体结晶性好,粒径约为12.08 nm;催化剂表面呈现球状堆积形貌,比表面积大,有利于反应物吸附脱附;与纯TiO_(2)相比,催化剂带隙能降低,对可见光的响应性增强。结合降解过程中产物的紫外吸收光谱,探究五氯苯酚的催化降解机理。根据试验检测结果,分析拟合初始浓度与降解速率的线性关系,得到光催化降解五氯苯酚的L-H模型动力学方程:r0=0.38491 0.0951C_(0)/1+0.0951C_(0)。

Al掺杂对TiO_(2)薄膜结构及光学性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了本征TiO_(2)和Al掺杂的Al-TiO_(2)薄膜样品.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、薄膜测厚仪对制备的薄膜样品的性能进行了分析.分析表明:与本征TiO_(2)薄膜相比,Al的掺杂使(101)晶面对应的衍射峰发生了一定角度的偏移,TiO_(2)的基本结构没有发生改变,晶粒尺寸缩小,晶面结构得到细化,扩大了薄膜的比表面积.随着Al掺杂量的增加,Al-TiO_(2)薄膜样品的光吸收度发生不同程度的改变,光学带隙值与本征TiO_(2)薄膜相比有所减小.当Al掺杂量为3at%时,所得薄膜样品结晶质量良好,晶粒分布均匀,吸光度表现最佳,带隙值最小为3.249eV.

掺杂Ce的TiO_2纳米粒子的光致发光及其光催化活性

采用sol gel法制备了纯的和掺杂不同量Ce的TiO2 纳米粒子 ,并利用XRD ,TEM ,BET ,XPS和PL光谱对样品进行表征 ,主要考察焙烧温度和含量对掺杂Ce的TiO2 纳米粒子性质以及光催化降解苯酚活性的影响 ,并探讨了Ce的掺杂对TiO2相变的作用机制以及PL光谱与光催化活性的关系 .结果表明 ,掺杂的Ce4+ 没有进入到TiO2 晶格中 ,而是以小团簇的CeO2化学态均匀地弥散在TiO2 纳米粒子中 ,这可能导致了Ce的掺杂对TiO2 的相变有很大的抑制作用 ;Ce的掺杂没有引起新的光致发光现象 ,而适量Ce的掺杂能够降低TiO2 纳米粒子PL光谱的强度 ,这是因为掺杂的Ce4+ 易于捕获光生电子而生成Ce3 + ;60 0℃处理的掺杂Ce的TiO2 纳米粒子表现出较高的光催化活性 ,这说明 60 0℃是比较合适的焙烧温度 .而掺杂不同量Ce的TiO2 样品的光催化活性顺序是 :3mol % >4mol% >2mol% >5mol% >1mol% >0mol% ,这与它们的PL光谱强度的顺序是相反的 ,即PL光谱强度越低 ,其光催化活性越高 .这说明PL光谱与其光催化活性间有着必然的联系 ,这是因为掺杂剂Ce4+ 能够捕获光生电子 ,在光致发光过程中使PL光谱强度下降 。

铜铈共掺杂TiO_(2)用于天然气中汞的光催化脱除研究

在固定床装置中,利用在蜂窝陶瓷上涂敷溶胶-凝胶法制备的双金属掺杂TiO_(2)考察催化剂的光催化性能。考察了双金属(Mn-Ce、Cu-Ce、Fe-Ce)种类、Cu和Ce掺杂摩尔比、反应温度(25~90℃)及H2S质量分数对催化剂光催化脱汞性能的影响。结果表明,Cu-Ce是最佳的掺杂元素,且最佳掺杂摩尔比为n(Cu)∶n(Ce)=1∶2,最佳反应温度为25℃。在该实验条件下催化剂Cu2CeTi-400的最佳脱汞效率为90.4%。H2S质量分数高于0.4‰时对催化剂脱汞产生抑制作用。Cu的掺杂虽然提高了催化剂在H2S气氛下的脱汞性能,但降低了氧化性。