La-Ce共掺杂纳米TiO_2粉体的制备及节能灯光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了La-Ce共掺杂的纳米Ti O2粉体并进行了DTA-TG、XRD表征。使用26 W照明用节能灯为光源,以罗丹明B为模拟污染物,考察了催化剂组成及热处理温度对光催化性能的影响,对粉体的晶型和光催化性能之间的相关性进行了分析。结果表明:La-Ce共掺杂能明显提高纳米Ti O2粉体在节能灯照射下的光催化活性。粉体的最佳组成为La0.075Ce0.15/Ti O2,最佳热处理温度为600℃。当罗丹明B起始浓度为10 mg/L,反应液p H值6.0,催化剂加入量5 g/L时,6 h的降解率可达96.3%。

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.

纳米TiO_2光催化剂共掺杂的研究进展

从金属、稀土、非金属之间的共掺杂,介绍了近几年TiO2光催化剂与双金属、双稀土、双非金属、金属与稀土、金属与非金属、稀土与非金属共掺杂的研究进展。对TiO2进行双元素的共掺杂,当掺入的两种元素选择适当,且掺入的浓度和配比合适时,两种元素分别起不同的作用,进一步提高了TiO2的光催化性能。对该领域今后的研究方向提出了建议。

B/Fe_2O_3共掺杂纳米TiO_2可见光下的催化性能

采用溶胶凝胶法制备B/Fe2O3共掺杂TiO2复合光催化材料,并用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(DRS)对粉体进行表征。结果表明:催化剂以锐钛矿存在的纳米颗粒,直观地显示了物质的形貌,掺杂B能极大提高催化剂的可见光响应。以二氯苯酚(DCP)为降解物质,在紫外和可见光下分别研究了复合催化剂的光催化活性。掺杂B能使吸收光谱红移至可见光区,而进一步掺杂Fe2O3大大提高了催化剂的活性。

离子液体-水混合介质中合成N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO_2光催化剂及性能

以TiCl4为钛源,离子液体-水为混合溶剂,采用液相水解-沉淀法制得浅黄色的N、F共掺杂宽光域响应多孔TiO2光催化剂(TiONF).以苯酚为模型物,考察了TiONF在紫外光区、可见光区及太阳光下催化活性.采用X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(DRS)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱及低温N2吸附-脱附等技术对TiONF的结构进行表征.结果表明,在离子液体-水混合介质中合成适量N、F共掺杂的TiO2在紫外光区、可见光区及太阳光下均表现出较高的活性,且高于纯水介质中合成TiONF的活性.离子液体-水混合介质有利于N、F进入TiO2晶格中;N、F共掺杂后在TiO2表面生成Ti―O―N键,形成新的能级结构,使催化剂的吸收红移至450-530nm,诱发TiO2可见光催化活性;同时,N、F共掺杂提高了TiO2表面羟基数量;还提高了TiO2相转变温度,减缓了相转变速率.另外,在离子液体-水混合介质中合成的TiONF较纯水介质中合成的TiONF粒子小、分散性好、比表面积大.

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.

Yb,N共掺杂TiO_2光催化剂的制备及可见光下降解亚甲基蓝的研究

采用微波辅助溶胶-凝胶法制备了Yb,N共掺杂的纳米(Yb,N)-TiO2光催化剂,通过XRD、XPS、UV-Vis-DRS、PL等对(Yb,N)-TiO2样品进行了表征和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察了不同Yb掺杂浓度的(Yb,N)-TiO2对MB的光催化降解效果。结果表明,Yb和N的掺入减小了TiO2的禁带宽度,降低了光生电子-空穴对的复合,使其吸收光谱的阈值波长红移至可见光区,提高了TiO2的光催化活性。当p H值=1.5、m(H2NCONH2)=10 g、热处理温度为650℃、n(Yb)∶n(Ti)=0.005时,(Yb,N)-TiO2粉体在普通日光灯下对亚甲基蓝在5 h内的光催化降解效率达93.55%,明显高于同等条件下P25的降解率45.72%。

浓度梯度分布的镍和氮共掺杂TiO_2光催化剂的制备和表征

以TiCl4为钛前驱体,氨水和氯化镍为掺杂离子给体,采用沉淀和层层浸渍相结合的方法制备了氮、镍共掺杂TiO2光催化剂.采用X射线衍射(XRD)、氮气吸附-脱附、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等现代表征方法对催化剂的晶体结构、微结构、掺杂基团和光谱性质进行了表征.XRD和氮吸附-脱附分析结果表明,氮、镍共掺杂TiO2为单一锐钛矿相,具有介孔结构.XPS谱证实掺杂的氮和镍分别以NOx和Ni2O3及NiO的形式存在,且镍在共掺杂表面的浓度高于体相中的浓度,在扩散方向上存在浓度梯度分布.4-氯酚的降解实验结果表明,浓度梯度分布镍和氮共掺杂TiO2的紫外光-可见光催化活性均高于均相共掺杂TiO2、单掺杂和未掺杂TiO2的催化活性.其原因是掺杂的氮以NOx形式存在,使催化剂的感光范围拓展至可见光区;而掺杂的镍维持了半导体体系的电荷平衡,有效抑制了Ti3+的产生.同时掺杂的镍在催化剂中存在浓度梯度分布,减少了光生电子和空穴的复合几率,提高了催化剂的光催化活性.

铍、氮共掺杂TiO2的制备及其可见光下光解水制氢性能研究

通过煅烧硫酸钛与氨水水解沉淀物制备氮掺杂TiO2(N-TiO2),用浸渍法制备了铍、氮共掺杂TiO2光催化剂(Be-N-TiO2)。通过可见光光还原沉积法载铂,以可见光(λ≥420nm)光催化制氢为探针反应考察了催化剂的活性,发现当煅烧温度为300℃,Be2+的掺杂量为1.5%(原子分数)时,制备的Pt/Be-N-TiO2制H2活性最高。通过XRD、DRS、FT-IR等手段对掺杂催化剂进行了表征,N掺杂可在TiO2中形成O—Ti—N键,使其具有可见光吸收能力;掺入Be2+可以有效的分离光生电子和空穴,减少了两者的复合,同时能够消除由于氮掺杂引入的氧空位,使共掺杂催化剂相对于单一的N-TiO2具有较高的可见光制H2活性。

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．

氮镍共掺杂TiO_2纳米管的制备及其光催化性能

为了制备在高温焙烧后能保持良好管形结构的可见光响应的TiO2纳米管,通过NH4Cl水-溶剂热和Ni(NO3)2浸渍法对传统水热法合成的TiO2纳米管进行掺氮和掺镍改性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对样品进行了表征,并以甲基橙(MO)为光催化降解模型,考察了可见光下制备的样品的光催化性能。结果表明,NH4Cl水-溶剂热掺氮处理可提高TiO2纳米管的管状结构的热稳定性;氮镍共掺杂元素之间的协同作用增强了催化剂对可见光的吸收能力,并且能有效地抑制光生电子空穴的复合,Ni/Ti添加量为0.3%的催化剂具有较高的光催化活性。可见光照射210min,氮镍共掺杂TiO2纳米管对MO的可见光降解率比单独氮和镍掺杂的TiO2分别提高了9.1%和21.2%。

N-Al共掺杂TiO_2电子结构及光学性质的理论研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究N和Al单掺杂和共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构、能带结构、态密度及光学性质。结果表明,掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长、晶胞体积都发生了不同程度的变化;单掺杂和共掺杂均使得禁带宽度减小,而且位于价带和导带之间的杂质能级能够捕获由价带跃迁至导带的电子,减少光生载流子的复合率,提高TiO2的光催化性能;与单掺杂相比,共掺杂能级分裂较明显,吸收光谱红移幅度更大。

RE-B共掺杂片层TiO_2的合成及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法,利用钛酸四丁酯、硝酸镧、硝酸铈和硼酸为原料,对TiO_2光催化剂进行稀土-B(RE-B)的共掺杂改性制备和性能研究。采用X-射线衍射法(XRD)、冷场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收(UV-Vis)光谱和荧光(PL)光谱对制得样品的相组成、表面形貌结构、表面元素组成、光响应范围及带隙能和电子-空穴的复合情况进行了初步分析。结果表明,所制掺杂TiO_2的组成均为锐钛矿型,掺杂使晶格发生了较大畸变,且细晶粒由未掺杂的27 nm减小到RE-B-TiO_2的10 nm,形貌为片层状不规则堆放状态存在。XPS结果表明掺杂元素有效进入二氧化钛,PL谱显示共掺杂可有效延长光催化剂的载流子寿命。掺杂后吸收边均红移,La-B-TiO_2由TiO_2的405 nm移动到466 nm,相应地禁带宽度减小了0.4 eV。光催化实验表明:2h内降解亚甲基蓝(MB)时掺杂能够同时提高紫外和可见光下二氧化钛的光催化效率,而共掺杂的降解效果又优于单掺杂,La-B-TiO_2紫外光下的降解率达到80.67%,为同等条件下纯TiO_2的2.7倍,可见光下的降解率为74.78%。

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。

Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO_2的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法对未掺杂、Fe和S单掺杂及Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构进行计算,分析Fe、S单掺杂及Fe-S共掺杂对锐钛矿相TiO2的晶体结构、能带、态密度和光吸收性质的影响。结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀;掺杂后TiO2的禁带宽度减小,并在禁带中引入杂质能级,导致TiO2的吸收带边红移;与Fe和S单掺杂相比,Fe-S共掺杂锐钛矿相TiO2的吸收带边红移程度更大。

S、Mn共掺杂锐钛矿相TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO2,S、Mn分别单掺杂及共掺杂TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构、光学性质和带边位置。计算结果表明,掺杂后TiO2的晶格发生畸变,原子间的键长、原子的电荷量以及晶体体积都发生变化,导致晶体中八面体偶极矩增大,从而有利于光生电子-空穴对的分离;S掺杂在TiO2的价带顶部形成杂质能级,Mn掺杂在TiO2的导带下方和费米能级附近形成杂质能级,共掺杂后TiO2禁带宽度变窄,光学吸收带边发生红移,TiO2在可见光区有明显的吸收;同时S、Mn共掺杂后TiO2的带边位置发生了明显变化,氧化还原能力增强。

N-S共掺杂金红石相TiO_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.

N,S共掺杂纳米TiO2：水解-溶剂热法合成及可见光催化活性

采用简单的两相分离的水解-溶剂热法,以硫脲为非金属原料,可控地制备了N,S共掺杂的纳米TiO2。所获得的纳米TiO2平均粒径为10 nm、粒径分布集中,且分散性好。N,S共掺杂拓展了纳米TiO2对可见光的响应范围。气氛可控的表面光电压谱(SPS)的测试结果表明,N,S共掺杂引起的表面态能够捕获光生空穴,进而有利于光生电荷分离。在可见光催化氧化水产氧及降解污染物乙醛的过程中,共掺杂的纳米TiO2表现出了高的活性,甚至优越于N掺杂的。这主要归因于N,S共掺杂的纳米TiO2分散性好、可见光吸收强和光生电荷分离高。