多孔Cr-TiO_2/P3HT异质结薄膜的制备及光伏特性研究

采用溶胶-凝胶法,利用聚乙二醇2 000(PEG 2 000),成功制备了多孔Cr掺杂TiO2(Cr-TiO2)纳米薄膜,并实现了PEG 2 000含量对Cr-TiO2薄膜多孔结构及其光透射特性的有效调制。对基于该多孔Cr-TiO2纳米薄膜组装的Cr-TiO2/P3HT异质结光伏特性的研究结果表明,随PEG 2 000含量的增加,Cr-TiO2薄膜微孔孔径及分布密度的增大有利于提高Cr-TiO2/P3HT异质结光伏器件的光电转换效率。讨论了PEG 2 000对Cr-TiO2薄膜结构及Cr-TiO2/P3HT异质结光伏特性的调制机理。实验结果为无机-有机聚合物异质结光伏器件的研究提供了基础实验数据。

Ni-P-Cr-TiO_2非晶复合材料的耐海水及微生物腐蚀研究

用直流电沉积方法制备了Ni-P-Cr-TiO2非晶复合材料,以SEM、EDX和XRD等手段分析了材料的表面形貌、元素组成和晶体结构,同时用极化曲线和电化学阻抗谱分别研究了所制备复合材料在模拟海水(3.5%NaCl溶液)和以硫酸盐还原菌为代表的微生物腐蚀介质中的耐蚀性能.结果表明,所制得Ni-P-Cr-TiO2复合材料的晶体结构为非晶态,表面均匀致密,具有优良的耐海水及微生物腐蚀性能.

中心组合设计优化S-Cr-TiO_2催化剂光降解工艺条件

在确定的温度和光照条件下,采用中心组合设计法研究了固相反应法合成的硫与铬共掺杂二氧化钛(S-Cr-TiO)2光催化剂与水溶苯胺蓝(ANB)可见光降解过程中的三个作用因子:催化剂的浓度、水溶苯胺蓝水溶液的pH值及其初始浓度之间的相互作用关系,得到了影响因子与降解速率之间的回归方程及因素之间相互作用的响应面图。结果表明,S-Cr-TiO2光催化剂对水溶苯胺蓝的可见光降解过程遵循一级反应动力学规律。当催化剂浓度为2.05g/L,水溶苯胺蓝的浓度为42.57mg/L、pH=6.63时,光降解速率常数为0.01432 min-1,比未优化工艺条件时所得光降解反应速率常数0.01348min-1提高了6.2%。中心组合设计对筛选光降解工艺条件,提高光降解效率是十分有效的。

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.

纳米TiO_2预分离/富集FAAS法同时测定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的研究

纳米材料是近年来受到广泛重视的一种新兴功能材料，具有一系列新异的物理化学特性和一些优于传统材料的特殊性能。其中一点是随着粒径的减小，表面原子数迅速增大，表面原子周围缺少相邻的原子，具有不饱和性，易与其他原子相结合而稳定下来，因而具有很大的化学活性。纳米材料对许多金属离子具有很强的吸附能力，是痕量元素分析较为理想的分离富集材料。文章利用火焰原子吸收法（FAAS）研究了纳米TiO2（金红石型）对Cr（Ⅵ）／Cr（Ⅲ）的吸附性能，并应用于水样中铬的形态分析。吸附体系中pH对Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）的吸附有很大影响，当pH〉6时，纳米TiO2对Cr（Ⅲ）的吸附率大于90％，而对Cr（Ⅵ）基本不吸附，从而达到二者的分离。pH6．5微酸性条件下，纳米TiO2吸附Cr（Ⅲ），然后以2mol·L^-1 HCl洗脱，得到Cr（Ⅲ）的含量，剩余水溶液中测定Cr（Ⅵ）含量。该法测定Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）的检出限分别为57和41ng·mL^-1，RSD分别为2．6％和3．4％（2．0μg·mL^-1 Cr，n=6），Cr（Ⅵ）和Cr（Ⅲ）的线性范围分别为0～9．0和0．1～10μg·mL^-1。该法选择性好，大多数共存离子不干扰测定。该法简便快速，用于工业废水、地表水中铬的形态分析，结果较满意。

Cr掺杂锐钛矿相TiO_2光学性质的第一性原理研究

本文对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究。模拟计算了完整及Cr掺杂TiO2的电子结构,介电函数及吸收光谱的偏振特性。计算结果表明完整的锐钛矿型TiO2晶体在可见光范围内无吸收;掺Cr后晶体的禁带宽度减小到2.25 eV,吸收边红移,并在可见光区域出现了2.51 eV(495 nm)的吸收峰,表明Cr掺杂有利于提高TiO2对太阳光的吸收。计算结果与实验结果基本相符。

太阳光下Cr^(3+)掺杂TiO_2复合微粒光催化性能研究

利用酸催化的溶胶-凝胶法成功地合成了一系列不同Cr3+掺杂量(x=0.01%~10%)的TiO2复合光催化剂(Cr3+/TiO2)。在太阳光条件下,以亚甲基蓝溶液的光催化降解对复合材料的光催化性能进行了表征,并考察了催化剂投加量、Cr3+掺杂量和溶液pH值等因素对光催化降解反应的影响。结果表明,亚甲基蓝溶液在复合微粒上的光催化降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood动力学模型,在催化剂投加量为1g/L、Cr3+掺入量为0.3%和pH=7时,Cr3+/TiO2复合微粒光催化活性达最佳,测得表观反应速率常数K为7.27×10-3mg(L.min)-1,t1/2为95min,反应4h后亚甲基蓝的降解率可达79%,与纯的TiO2相比较,反应速率提高了2倍,降解率提高了20%。中性或碱性条件下有利于亚甲基蓝溶液的光催化降解。

正交实验法在Cr^3＋掺杂TiO2/凹凸棒复合光催化剂制备中的应用

采用酸催化的溶胶-凝胶法制备了一系列Cr3+掺杂TiO2/凹凸棒(Cr3+-TiO2/ATP)复合光催化剂材料。在可见光条件下,以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解反应,评价了样品的光催化性能。采用正交实验设计,用正交表L16(44)安排实验,优化了复合光催化剂制备条件,得到了影响复合材料吸附性能和光催化性能诸因素的排列次序和各因素的最佳条件,基于降低能耗和原料加入量的考虑和综合分析的基础上,得到了制备高活性复合光催化材料的较优工艺条件。对比实验结果表明,MB在复合材料上的光催化降解反应遵循Langmuir-Hinshelwood动力学模型,在较优工艺条件下制备的掺Cr3+复合光催化剂对MB的光催化降解效率最佳,优于未掺杂样品的,且远优于P25和纯TiO2。另外,复合材料的沉降性能优于P25和纯TiO2,易于分离,是一类有应用前景的复合光催化剂。

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E<2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.

聚乙烯醇包埋活性炭/纳米TiO_2微球处理含铬废水的研究

采用液-液相分离的方法制备了聚乙烯醇共包埋活性炭和纳米TiO2的微球,并考察了其对模拟含铬废水的处理效果。试验结果表明:微球对废水中的Cr(Ⅵ)有较好的处理效果,且去除率随纳米TiO2包埋量的增加而增加,当微球加入量为140 g/L,微球中活性炭、纳米TiO2包埋量分别为6%和4%,pH值为3,作用时间为3 h时,Cr(Ⅵ)的去除率可达90%以上,且微球使用方便,不会造成二次污染。

TiO_2-沸石光催化材料对水中Cr(Ⅵ)和甲醛的共降解研究

以TiCl4为前驱体,沸石为载体,采用水解沉淀法,制备一种纳米TiO2-沸石复合光催化材料,通过X射线衍射、扫描电子显微镜对复合材料的结构与形貌进行表征,并考察沸石负载TiO2催化剂对水中Cr(Ⅵ)和甲醛的降解实验。结果表明,Cr(Ⅵ)-甲醛共存体系中Cr(Ⅵ)和甲醛的降解率均比Cr(Ⅵ)和甲醛单一体系中的降解率大,Cr(Ⅵ)和甲醛之间存在协同降解作用。

N,Cr共掺锐钛矿TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法研究了N、Cr单一掺杂及共掺杂锐钛矿TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明,N单一掺杂体系中N2p杂质轨道交叠在费米能级上;Cr单一掺杂体系中杂质能级主要由O2p和Cr3d轨道杂化贡献;N、Cr共掺杂致使导带及价带相对费米能级明显下降,同时在原禁带基础上形成了新的杂质能级、禁带宽度减小,锐钛矿TiO_2的光吸收带红移,其吸收系数增大、能量损失缩小,有效增强了锐钛矿TiO_2的光催化效率。

铬银共掺杂改性纳米TiO_2光催化剂及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为原料,利用溶胶凝胶法制备了Cr/Ag共掺杂的TiO2纳米材料.采用XRD、SEM、EDS等测试分析技术对掺杂纳米TiO2粉体进行了表征;以甲基橙为降解物,在太阳光照射条件下研究了掺杂对光催化活性的影响.研究结果表明:掺杂后的纳米TiO2的光催化性能明显提高,优于纯TiO2.当共掺杂的比例为Cr 1.0%/Ag 0.5%时,样品的效果最佳,对甲基橙的3h降解率达到97.63%.

TiO_2纳米管光催化还原Cr(Ⅵ)的研究

以水热法制备TiO2纳米管,采用X射线衍射仪(XRD),高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和紫外可见漫反射光谱对其结构和性质进行了表征.研究了光催化还原溶液中Cr(Ⅵ)的反应活性,分别考察了煅烧温度、反应溶液的pH、助催化剂对TiO2纳米管光催化还原的影响.实验结果表明,TiO2-550光催化活性最优;酸性条件有利于Cr(Ⅵ)的还原;NiO和Co2O3复合的TiO2-550光催化活性明显提高.

铂修饰TiO_2柱撑膨润土光催化还原含Cr(Ⅵ)废水的研究

采用光沉积法制备了铂修饰TiO2柱撑膨润土光催化剂,并将其应用于含Cr(Ⅵ)废水降解还原的光催化反应。研究了废水的pH值、Cr(Ⅵ)的初始浓度、有机物等因素对含铬废水中Cr(Ⅵ)的去除率的影响。结果表明,Pt-TiO2-bentonite用量为6 g/L,废水初始pH为3.0,初始浓度为0.48 mmol/L的Cr(Ⅵ)离子,经12 W紫外灯照射反应75 min,即能达到国家排放标准,Cr(Ⅵ)的光催化还原符合L-H动力学规律,并且该复合光催化剂具有良好的沉降性能和较好的重复使用性能。

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.

水体中常见无机阳离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了6种水体中常见的阳离子(Na+、Mg2+、Ca2+、Al3+、Cu2+、Ni2+),分别考查了其对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响;从光吸收、无机离子本身的性质对光生电子的捕获及传递等讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率的原因。结果表明:由于其不能捕获光生电子,Na+、Mg2+、Ca2+本身对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应速率影响不大;Al3+吸引电子能力较强,成为光生电子和Cr(Ⅵ)之间的桥梁,促进了Cr(Ⅵ)的还原;浓度为1 mmmol/L时,Cu2+显著地促进了Cr(Ⅵ)的光催化还原,其主要原因是Cu2+捕获光生电子的能力很强,起到了催化剂的作用,而浓度大于10 mmol/L时,Cu2+形成单质Cu以及对紫外光的吸收都使促进作用降低;Ni2+未充满的d轨道具有获得并传递光生电子的能力,也促进了Cr(Ⅵ)的还原;在浓度同为1mmol/L时,对Cr(Ⅵ)光催化还原的促进作用依次为:Cu2+>Al3+>Ni2+>Na+、Ca2+、Mg2+。

硫掺杂TiO_2光催化处理模拟废水Cr(VI)和2-萘酚

采用自制的S/Ti O2作为光催化剂,在可见光下进行光催化降解2-萘酚和还原Cr（VI）的实验。考察了S/Ti O2投加量、2-萘酚初始浓度和p H值对2-萘酚降解光催化性能的影响及Cr（VI）~2-萘酚混合体系光催化反应的研究。结果表明：S/Ti O2投加量为2.0 g/L,2-萘酚溶液初始浓度18.75 mg/L,p H值为6~7时2-萘酚光催化降解效果最好;混合体系中的2-萘酚的降解率及Cr（VI）还原率均较相应的单一体系高,Cr（VI）的还原与2-萘酚的氧化之间产生了协同效应。Cr（VI）和2-萘酚的光催化反应均为拟一级反应动力学。

表面负载型g-C_3N_4/TiO_2复合催化剂的制备及可见光催化还原Cr(Ⅵ)的性能研究

采用热聚合-溶剂热法得到表面负载型g-C_3N_4/TiO_2复合材料,其结构组成、形貌和光电性质通过XRD、TEM、HRTEM、FT-IR、BET和UV-vis测试分析.结果表明TiO_2纳米小颗粒负载于微米级片状g-C_3N_4表面,形成稳定的g-C_3N_4/TiO_2固-固异质结构,扩大了光响应范围、显著提高光生载流子的分离效率.在可见光催化还原水中Cr(Ⅵ)的过程中,g-C_3N_4的质量百分含量是影响光催化活性的重要因素,g-C_3N_4/TiO_2-C具有最高的光催化活性和良好的稳定性.依据实验结果和光电流响应实验给出光催化反应机理.

TiO2纳米棒阵列薄膜的制备及其光催化还原Cr(Ⅵ)

采用水热法在导电玻璃(FTO)上合成具有一维结构的TiO2纳米棒阵列薄膜.用扫描电子显微镜,广角X-射线粉末衍射,紫外可见分光光谱等手段对薄膜进行了表征,研究了不同浓度钛酸四丁酯和水热反应时间对FTO-TiO2纳米棒阵列薄膜形貌的影响及FTO-TiO2纳米棒阵列薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的反应性能.结果表明,当钛酸四丁酯浓度为0.05 mol·L-1和水热反应时间为20 h时制备的FTO-TiO2纳米棒阵列薄膜形貌最优,一维FTO-TiO2纳米棒阵列薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的性能优于商业化二氧化钛P25制备的薄膜.