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。

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。

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.

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。

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。

La掺杂对(In_(0.5)Nb_(0.5))_(0.10)Ti_(0.90)O_(2)陶瓷微观结构和介电性能的影响

In和Nb共掺杂TiO_(2)(INTO)陶瓷在100 kHz以下的巨大介电常数源于内部势垒层电容效应。根据这种电容效应,通过增加晶界对介电性能的贡献来降低其低频介电损耗。因此,将La掺杂到INTO陶瓷中,通过细化晶粒并增加晶界数量来降低陶瓷制备过程中的能耗。结果表明,La掺杂减小了INTO陶瓷的晶粒尺寸,增加了陶瓷中晶界的数量,并且陶瓷中析出LaNbTiO_(6)二次相,在陶瓷晶粒之间形成高阻态的相界,降低陶瓷的低频介电损耗,优化了陶瓷介电常数的频率稳定性。

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.

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%。

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.

稀土La_2O_3掺杂对TiO_2光催化性能的影响

本文通过对稀土氧化镧不同掺杂量,不同锻烧温度的样品光催化活性的研究显示,适量的稀土氧化镧掺杂有利于提高TiO_2的光催化活性;而关于稀土镧提高TiO_2光催化活性的机理有异于有关报道。

La掺杂TiO_2膜的制备及其对甲苯的去除性能

以钛酸四丁酯和硝酸镧为原料,采用溶胶-凝胶法,制备出La掺杂TiO2膜.采用X射线光电子能谱(XPS)、傅立叶红外(FTIR)、X射线衍射(XRD)、低温氮物理吸附、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)对光催化剂的晶相结构、光谱特征和表面结构进行表征.以气相甲苯为模型物,在自制光催化反应器中考察了催化剂在可见光下对气相有机污染物的去除性能.结果表明,La掺杂可诱发催化剂的可见光催化活性,500℃热处理的2.8%molLa掺杂TiO2膜在60min内即可完全去除6110.18mg/m3的气相甲苯;掺入的La主要以La2O3的形式存在,同时有一部分形成Ti-O-La键;La掺杂可抑制TiO2锐钛矿相向金红石相转变、提高相转变温度、减小晶粒尺寸及增大催化剂比表面积;La/TiO2薄膜表面光滑、致密,La的引入能有效抑制TiO2膜气孔的产生;La掺杂可提高TiO2在可见光区的吸收,使催化剂吸收边向长波移动;La的f轨道的电子跃迁和TiO2晶格扭曲是催化剂可见光活性提高的重要原因.

N、La共掺杂TiO_2的微观结构及性能

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N、La共掺杂TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质,计算结果表明,掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长和原子电荷都发生了变化,导致掺杂后的八面体偶极矩增加,从而有利于光生电子-空穴对的分离,提高TiO2的光催化性能,且共掺杂后带隙减小,导致光吸收带边红移到可见光区,而电子在La的5d轨道之间的跃迁使共掺杂TiO2在可见光区有较好的光吸收特性。

La?B共掺杂纳米TiO_2太阳光光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备La、B单掺杂及La/B共掺杂纳米TiO2光催化剂.以甲基橙为目标降解物,研究其太阳光光催化性能.结果表明:共掺杂可有效抑制TiO2从锐钛矿相向金红石相的转变和晶粒长大;La、B的协同作用使共掺杂样品光催化活性高于单一掺杂样品及纯TiO2;经过450℃热处理的La/B(w(La)=1.25%,w(B)=4%)共掺杂样品光催化活性最高,30min对甲基橙的降解率达到99%.

元素(Ce、Co、La、Sn)掺杂对V-Mo/TiO_(2)催化剂脱硝活性的影响

采用浸渍法制备了一系列V-Mo/TiO_(2)催化剂,考察了钒含量、钼含量及元素(Ce、Co、La、Sn)掺杂对催化剂脱硝活性的影响,并利用XRD、BET、H_(2)-TPR、NH 3-TPD及XPS等方法对催化剂的理化性能及结构进行了表征。结果显示,钒最佳含量为3%,钼最佳含量为6%。将Ce、La、Co、Sn掺杂到3%V 2O_(5)-6%MoO_(3)/TiO_(2)中,催化剂的脱硝效率明显提高,其中,3%V_(2)O_(5)-6%MoO 3-1%SnO_(2)/TiO_(2)催化剂表现出最佳的脱硝活性,在180℃具有良好的脱硝稳定性,在引入10%(体积分数)H_(2)O和0.03%(体积分数)SO_(2)后,表现出良好的抗SO_(2)/H_(2)O的性能。这主要是由于引入的金属元素以氧化物或钒酸盐形式存在,并与活性组分钒物种有很强的相互作用,抑制了TiO_(2)晶粒的长大,起到了细化TiO_(2)粒径的作用,增加了催化剂表面的弱酸性位点,同时,表面活性氧及还原态的V^(4+)、Mo^(4+)物种数量有了大幅提升,增大了催化剂的还原程度,有利于催化还原反应的进行。

La掺杂对活性炭负载TiO_2催化剂光催化活性的影响

以钛酸丁酯和硝酸镧为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯的和La掺杂活性炭负载TiO2催化剂,用XRD、UV-V is漫反射光谱和扫描电镜等测试技术对该催化剂的晶型和形貌进行了表征,并考察了La含量和焙烧温度对TiO2/AC催化剂的性质及光催化分解亚甲基蓝活性的影响。结果表明,La掺杂不仅抑制了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,而且使TiO2的光响应范围向可见光区拓展。当掺杂摩尔分数为0.30%的La,可见光照射120 m in时,La-TiO2/AC催化剂的光催化分解率可达87%。

La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展

稀土掺杂对TiO_2改性可以拓宽光谱响应范围、提高量子效率及太阳能利用率,是提高TiO_2纳米材料光催化活性及可见光吸收能力的重要方法。综述了近年国内外有关La掺杂TiO_2纳米材料的制备及光催化性能研究进展,主要分析了La掺杂材料的制备方法、物相特征以及La与其他元素共掺杂等方面的研究现状,并进一步指出La掺杂TiO_2目前存在的问题以及未来的研究方向。

La掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和不同La掺杂量的TiO2纳米粒子,对样品进行了TG-DTA、XRD和UV-Vis吸收光谱分析,并以染料废水甲基橙为目标降解物,考察了样品的光催化性能。结果发现,La的掺杂抑制了TiO2粒径的长大,细化了晶粒;La掺入到TiO2的晶格中,引起了晶格的畸变和膨胀;La的掺杂使TiO2的吸收带边发生了红移;适量La的掺杂可提高TiO2的光催化性能。试验条件下,最佳掺杂摩尔分数为0.1%。

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。