阴极共电沉积法制备Fe^(3+)掺杂TiO_2纳米薄膜及其可见光活性

研究了阴极共电沉积制备Fe3+掺杂TiO2纳米薄膜(Fe-TiO2)的新方法．应用该方法、溶胶-凝胶法和浸渍法分别制备了具有可见光响应的Fe-TiO2光催化剂．并用XRD、SEM、EDS和UV-vis吸收光谱对Fe-TiO2进行了表征．结果表明,与溶胶-凝胶法和浸渍法相比共电沉积法不仅能有效地实现Fe3+在TiO2中的均匀分布,而且,得到的光催化剂具有最大的比表面积和最好的光降解活性．Rhodamine B(RhB)降解实验表明,在RhB光降解中存在光敏化和光催化降解的协同效应．

Zn(Ⅱ)和La(Ⅲ)共掺杂TiO_2纳米晶多孔膜电极光电化学行为研究

采用溶胶-凝胶法合成了Zn(Ⅱ)、La(Ⅲ)共掺杂TiO2纳米粒子(掺杂0.5%Zn(Ⅱ)及0.5%La(Ⅲ)),并制成了TiO2、掺杂0.5%Zn(Ⅱ)及共掺杂0.5%Zn(Ⅱ)和0.5%La(Ⅲ)的TiO2纳米晶多孔膜电极,对该3种电极进行了电化学及光电化学研究,实验发现,用Zn(Ⅱ)单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流大于未掺杂的TiO2纳米多孔膜电极,而Zn(Ⅱ)和La(Ⅲ)共掺杂TiO2纳米多孔膜电极的光电流又大于Zn(Ⅱ)单独掺杂TiO2纳米多孔膜电极,对该掺杂电极的光电转换机理进行了探讨。

SnO_2和ZnO共掺杂对TiO_2薄膜吸光性能的影响

纳米TiO2半导体材料因为禁带隙较宽而存在对太阳能的利用率较低的问题一直影响自身发展.文中研究了不同掺杂组份和制备条件对TiO2薄膜光吸收性能的影响.首先通过正交实验设计出最优溶胶-凝胶实验方案,锡、锌、钛的元素摩尔比为1.0:0.5:10,pH值为2,制备出锐钛矿型TiO2薄膜.XRD和SEM分析表明SnO2,ZnO掺杂处理使TiO2的光吸收范围从紫外红移到可见光附近,降低其禁带宽度.在不改变TiO2晶型结构的情况下,通过改善TiO2结晶,细化晶粒,改变形貌特征等方式提高TiO2薄膜光吸收性能.

硅铝共掺杂对TiO_2薄膜结构及性能的影响

采用非水解溶胶-凝胶法制备了Si、Al共掺杂的TiO2薄膜。应用X射线衍射、紫外可见分光光度计研究了Si、Al掺杂对TiO2薄膜晶型转变、晶粒尺寸、光吸收性能及光催化性能的影响。结果表明:适量引入Si、Al后,可显著提高1000℃热处理后TiO2薄膜的光催化活性;当Si/Ti物质的量比为0.2时,薄膜由于混晶结构光催化活性最佳;Si、Al共掺杂能抑制TiO2的晶型转变及TiO2的晶粒生长,且Si、Al共掺杂的抑制作用比单一Si掺杂更有效;当Si/Ti物质的量比为0.15、Al/Ti物质的量比为0.05时,TiO2锐钛矿向金红石的转变温度从750℃提高到1200℃。

金属离子共掺杂TiO_2薄膜的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法在毛玻璃表面制备了均匀透明的过渡金属与稀土金属离子共掺杂纳米TiO2薄膜,并用甲基橙进行了该薄膜的光催化降解性能的实验研究。借助于X射线衍射、扫描电子显微镜及光电子能谱测定对共掺杂T iO2纳米薄膜进行了表征。结果表明,薄膜主要为锐钛矿相,膜表面无开裂现象,TiO2颗粒分布均匀,能谱图中有共掺杂离子的明显特征峰。混合掺杂比单元素离子掺杂催化效果好。

热处理温度对Ag^+、Zn^(2+)共掺杂TiO_2薄膜微观结构及抗菌性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Ag+、Zn2+共掺杂的TiO2纳米薄膜,研究了温度对Ag-Zn-TiO2体系稳定性的影响;采用XPS、SEM、XRD和抗菌性测试等方法研究了热处理温度对薄膜表面化学组成、微观结构、晶粒尺寸及抗菌性能的影响。结果表明:掺杂薄膜均匀致密,表面存在的白色点状团簇物为Ag2O,粒径约10nm;而Zn2+取代Ti4+进入TiO2晶格中;掺杂离子能阻抑TiO2晶粒的生长;掺杂薄膜在紫外线照射下抗菌率为100%,无光照时为99.5%,均显著优于未掺杂薄膜的;随热处理温度的升高,薄膜的抗菌活性先增加后降低,最佳热处理温度为500℃。

硫氮共掺杂TiO_2薄膜的可见光催化性能

以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)和硫脲(SC(NH2)2)为前驱体制备溶胶,通过旋涂方法制备Ti O2光催化剂薄膜;利用XRD、SEM、XPS、UV-vis等手段进行结构表征和光吸收性能测试,并通过降解亚甲基蓝溶液评定其可见光下的光催化活性。结果表明,以硫脲为前驱体时可实现硫氮元素在Ti O2中的共掺杂;掺杂后的Ti O2薄膜对可见光有明显的吸收,并在可见光下对亚甲基蓝溶液显示出较高的降解率,其中掺杂量质量分数为3.0%的薄膜样品光催化活性最好。在本实验条件下,经可见光照射7 h后,亚甲基蓝溶液降解率接近100%。分析表明,硫元素以S6+状态取代Ti4+存在于Ti O2晶格,氮元素则以间隙和取代的方式存在。硫氮元素的协同作用在Ti O2的禁带中引入杂质新能级,使Ti O2带隙变窄,因此对可见光吸收并显示出强的可见光催化活性。

Fe/S共掺杂TiO_(2)空心球膜的制备及光催化降解甲醛研究

甲醛是一种常见的室内污染物,对人体健康有极大的危害。以钛酸四丁酯为前驱体,Fe(NO_(3))_(3)和硫脲分别为Fe、S掺杂源,纳米碳球为模板,制备Fe、S共掺杂TiO_(2)空心球(Fe/S-THs)。采用丝网印刷法在牛皮纸载体上制备TiO_(2)空心球(THs)膜,并测试空心球膜对甲醛的光催化降解活性。借助X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪、比表面积分析仪、紫外-可见漫反射光谱仪对复合膜的结构和形貌进行表征。结果表明,所制备空心球的直径均为200~300 nm,Fe/S-THs具有良好的可见光吸收性能;0.50 Fe/S-THs膜与THs膜相比具有更佳的紫外光、可见光催化降解活性,在可见光照射下经5次循环使用后催化降解率仅下降6%。

钴氮共掺杂TiO2薄膜的制备及其光电化学性质

采用溶胶-凝胶法分别制备未掺杂和钴掺杂TiO2溶胶，室温下将其分别与三乙胺反应制得氮掺杂和（Co，N）共掺杂的TiO2溶胶，然后通过浸渍-提拉法在钛片上成膜，经烧结获得掺杂光电极。采用XRD、SEM、XPS和紫外-可见光谱和光电流作用谱等对电极进行表征，并探讨其光电响应机理。结果表明：TiO2共掺杂后并未引起TiO2能带边缘位置发生明显改变，N主要以NOx形式掺杂；（Co，N）共掺杂TiO2薄膜电极的可见光电响应比单掺杂的高，这主要归因于共掺杂TiO2薄膜电极的比表面积增大、光吸收性能改善、界面电荷转移速率提高以及共掺杂元素的协同作用等。

Zn、Cu共掺杂TiO_2∶SiO_2薄膜材料的光学性能研究

用溶胶-凝胶法制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2凝胶,旋转法于玻璃基底涂膜,制得Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜,探讨了煅烧温度、煅烧时间及掺杂比例对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FESEM、FTIR等测试技术对薄膜进行表征,并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。XRD测试结果显示:薄膜样品的晶型为锐钛矿型,结晶良好。SEM谱图显示:薄膜微粒粒径小,分布均匀,表面平整、致密且无明显裂痕;紫外-可见光谱(UV-Vis)表明:Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜在紫外区和可见光区的吸光度明显增加,提高了对光的利用率;光催化性能测试表明:与纯相TiO_2对比,Zn、Cu共掺杂的TiO_2∶SiO_2薄膜对甲基橙的光催化降解率有较大提高,在600℃下焙烧2h的掺杂的量比为n(Ti)∶n(Si)∶n(Zn)∶n(Cu)=3∶2∶1.5∶4的薄膜样品光催化降解率最高。

Al^(3+)-SiO_2共掺杂TiO_2光催化膜的制备及超亲水改性

为了提高TiO2光催化薄膜的利用效率,实验采用金属离子Al3+和氧化物SiO2共掺杂的方法,制备以TiO2为基体的复合光催化薄膜。利用简单易行的溶胶-凝胶法结合超声分散技术以两种不同的方式,一种是同步将Al3+和SiO2共掺杂于TiO2溶胶中,制备多元素共掺杂混合溶胶,采用浸渍提拉的方法以玻璃片为载体涂膜,然后运用马弗炉进行热处理制得产品。另一种是利用SiO2对Al3+掺杂TiO2进行表面处理改性,热处理后制得产品。将所得产品进行接触角、紫外-可见分光光度计、红外、SEM、AFM测试,对其性能进行表征。结果表明:Al3+掺杂量为0.3g时,TiO2复合光催化膜效果最好;经过SiO2表面处理过的Al3+/TiO2复合光催化膜的超亲水性最好;Al3+掺杂TiO2提高了其吸光性能;复合光催化膜的透过率可达80%~90%,透明度较高。

Zn,Cu共掺杂的TiO_2:SnO_2薄膜的制备及性能研究

用溶胶-凝胶法制得Zn,Cu共掺杂的TiO_2∶SnO_2凝胶,旋转法于玻璃基底镀膜,制备出Zn,Cu共掺杂的TiO_2∶SnO_2薄膜,探讨了掺杂比例、煅烧温度对其结构、形貌和性能的影响。采用XRD、FTIR、FESEM、PL等测试技术对薄膜进行表征,并考察了其对甲基橙的光催化降解性能。结果表明:600℃时,薄膜粒子的结晶度较高,粒径小,分布均匀,表面平整且无明显裂痕;紫外-可见光谱(UV-Vis)表明:该薄膜在可见光区和紫外区都有很强的吸收;光催化性能测试表明:与纯相TiO_2对比,该样品对甲基橙的光催化降解率有较大提高,在最佳掺杂量比为n(Ti)∶n(Sn)∶n(Zn)∶n(Cu)=10∶3∶1∶1时,光催化降解率最高。

嵌段共聚物模板法制备La掺杂TiO_2超滤膜

以钛酸四丁酯为Ti源,氯化镧为La源,采用嵌段共聚物模板法制备了La掺杂Ti O2超滤膜。通过动态热机械分析(DMA)、X射线衍射(XRD)、低温氮气吸附脱附和X射线光电子能谱(XPS)等表征方法,考察了La掺杂对Ti O2凝胶的机械性能及其材料晶型、孔结构的影响。分析结果表明,La的引入显著提高了Ti O2凝胶的机械性能,避免了膜层在干燥阶段的开裂现象;并有效抑制了晶粒增长和晶相转变,使得锐钛矿相在800℃下仍能保持稳定。同时La的引入也提高了Ti O2材料的比表面积和孔隙率,通过实验确定La掺杂量为0.74 g,此时Ti O2溶胶的粒径分布最均一,所得溶胶粒径为10 nm。采用该溶胶制备出的La-Ti O2超滤膜的孔径为2.3 nm,而未掺杂时膜的孔径为2.7 nm。

掺杂TiO_2粉体共沉淀包膜过程中的热力学研究

为了精确控制共沉淀包膜法制备掺杂TiO2粉体的反应条件,本文通过对Men+(Ni2+、La3+、Fe3+、Al3+)在NaHCO3-NH3.H2O体系中离子沉淀反应平衡的热力学分析,得到了Men+-CO32--NH3.H2O体系中不同总氨浓度cN和总碳浓度cC时各金属离子总浓度与pH值的关系图,并由此确定了金属离子完全沉淀的最佳pH值.热力学分析表明,以NaHCO3-NH3.H2O作为沉淀剂,采用共沉淀包膜法制备掺杂TiO2粉体时,当cN=0.010 mol/L和cC=1.000 mol/L时,反应的适宜沉淀pH为9.0左右.

基于Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子的抗菌PVDF平板膜制备及其性能分析

为获得具有优异抗菌性能的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)膜,以锌离子(Zn^(2+))与钼离子(Mo^(6+))共掺杂二氧化钛(TiO_(2))复合粒子为添加物,通过非溶剂致相分离法制备改性PVDF平板膜;采用FESEM、XRD、平板计数等技术分析Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子的形貌、物相结构和抗菌性,探究复合粒子添加量对改性PVDF平板膜形貌、机械性能、纯水通量和抗菌性能的影响。结果表明:制备的Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子尺寸为100~350 nm,保留了纯TiO_(2)粒子锐钛矿型的晶型结构,且相较纯TiO_(2)粒子和Zn^(2+)掺杂TiO_(2)复合粒子抗菌性明显提升;复合粒子的添加量会显著影响改性PVDF平板膜的各项性能,当添加量为2.0%(以质量分数计)时可制备得到性能优异的改性PVDF平板膜;与不添加复合粒子制备得到的纯PVDF平板膜相比,最优添加量下制备所得改性PVDF平板膜呈现出较多均匀的蜂窝状大孔,孔隙率高达80.4%,机械强度提升了28.9%,水接触角由97.4°降低到53.5°,纯水通量由292.3 L/(m^(2)·h)提高到490.1 L/(m^(2)·h)。此外,当共培养时间为15 h时,最优添加量下制备所得改性PVDF平板膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率可达100%。该结果为抗菌性PVDF分离膜的制备提供了理论基础。

织物负载S-N共掺杂TiO_2薄膜的光催化降解活性染料研究

采用溶胶-凝胶法制备S-N共掺杂改性纳米TiO2溶胶,通过浸渍工艺对棉织物进行整理,制备出织物负载S-N共掺杂TiO2薄膜。探讨了在日光灯照射下,其对活性红MS模拟活性染料废水的光催化活性。结果表明,在日光灯照射下,织物负载S-N共掺杂TiO2薄膜的光催化降解率大大高于织物负载TiO2薄膜的降解率;对活性红MS的光催化降解效果随染液中氯化钠浓度的升高而降低,随碳酸钠浓度的升高而提高。

铈、钴、镧共掺杂TiO_2薄膜的光催化性能

采用溶胶—凝胶技术制备了共掺杂纳米晶多孔结构TiO2薄膜。

Pt、N共掺杂TiO_2在可见光下对三氯乙酸的催化降解作用

采用溶胶-凝胶法制备了氮掺杂纳米TiO2(N-TiO2),并用光分解沉积法在N-TiO2表面负载微量金属Pt(0.5%(w)),形成铂-氮共掺杂纳米TiO2(Pt/N-TiO2).实验结果表明,Pt、N共掺杂纳米TiO2紫外可见光吸收边带较纳米TiO2红移约20nm,并在400～500nm处有弱的吸收.Pt/N-TiO2电极在可见光区的光电流约为纳米TiO2电极的6倍.以Pt/N-TiO2为催化剂,催化三氯乙酸(TCA)光降解反应,室温下经可见光照射2h后TCA降解率约为8%.N掺杂减小了TiO2的禁带能隙,使它在可见光区具有光催化活性,适量Pt掺杂抑制了光生载流子的复合,加速了电子界面传递速度,Pt、N共掺杂使两种效应相结合,进一步提高了光催化反应性能.

Fe、N共掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.

镧、碳共掺杂TiO_2的制备及其可见光催化性能

为了更有效地利用太阳能,以钛酸丁酯为前驱体,硝酸镧和四丁基氢氧化铵为掺杂离子给体,通过改进的溶胶凝胶法,成功制备了纯TiO2和不同掺杂浓度的镧、碳掺杂和共掺杂TiO2光催化剂.表征结果显示,共掺杂催化剂为锐钛矿型,具有较高的比表面积,感光范围拓展到可见光区.分别以甲基橙、罗丹明B和4氯酚为降解物,氙灯、太阳光和自然光为光源,进行催化剂的光催化降解实验,结果表明,共掺杂催化剂活性高于未掺杂和单掺杂催化剂.降解结果显示,当共掺杂催化剂含0.5%La3+(摩尔比)、焙烧温度在500℃时具有最高的光催化降解效率.共掺杂TiO2具备较高的可见光催化活性原因可能是碳掺杂降低了TiO2禁带宽度,而镧掺杂同时维持了体系的电荷平衡.