CdS纳米颗粒修饰黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管用于高效光催化制氢研究

使用高效分级的半导体光催化剂进行光催化分解水产氢是解决目前面临的能源和环境危机的一个很有前景的策略。在这项工作中,通过阳极氧化法和NaBH 4氢化还原TiO_(2)纳米管阵列以及溶热法设计并制备立方稳态闪锌矿CdS NPs修饰于黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管的三元复合光催化剂。从扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)的分析结果中可以确认CdS NPs在Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管中的负载情况。样品BTC-1∶1表现出较高的催化性能(氢气生成率为2.77mmol/(g·h),明显高于B-TiO_(2)和CdS,分别约13倍和3.6倍)。构建异质结可以拓宽可见光的响应范围,也可以分离电子-空穴对,同时保留较高的电子-空穴氧化还原电位用于光催化反应。该研究为制备高效光解水产氢材料提供了合理的设计。

Ti^(3+)-TiO_(2)@NGQDs纳米复合光催化剂的制备及其可见光降解双酚A的研究

通过两步水热法合成了Ti^(3+)自掺杂TiO_(2)负载氮掺杂石墨烯量子点(Ti^(3+)-TiO_(2)@NGQDs)纳米复合光催化剂,并通过X射线衍射、透射电镜、X射线光电子能谱和紫外可见漫反射光谱对其进行了详细表征,且研究了其可见光降解双酚A溶液的性能。结果表明,在可见光照射30 min时,Ti^(3+)-TiO_(2)@NGQDs复合光催化剂对双酚A的降解率高达91.9%,其降解双酚A的表观速率常数(k)分别是纯TiO_(2)和Ti^(3+)-TiO_(2)的约33.6倍和6.4倍,这归因于其具有更强的可见光吸收和更快的光诱导电荷传输和分离的协同作用。捕获实验结果表明h+和·OH是Ti^(3+)-TiO_(2)@NGQDs纳米复合光催化剂降解双酚A的过程中的主要活性物质。此外,重复使用性测试结果表明Ti^(3+)-TiO_(2)@NGQDs纳米复合光催化剂具有非常高的稳定性。

Ti^(3+) self-doped TiO_2 photoelectrodes for photoelectrochemical water splitting and photoelectrocatalytic pollutant degradation

To improve the harvesting of visible light and reduce the recombination of photogenerated electrons and holes, Ti3+ self-doped TiO2 nanoparticles were synthesized and assembled into photoanodes with high visible light photoelectrochemical properties. X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectra, electron resonance spectroscopy and energy dispersive X-ray spectra were used to characterize the structure, crystallinity, morphology and other properties of the obtained nanoparticles. UV-visible diffuse reflectance spectra showed that the Ti3+ self-doped TiO2 nanoparticles had a strong absorption between 400 and 800 nm. Moreover, when hydrothermal treatment time was prolonged to 22 h, the heterogeneous junction was formed between the anatase and rutile TiO2, where the anatase particles exposed highly active {001} facets. Under visible light irradiation, the Ti3+ self-doped TiO2 electrode exhibited an excellent photoelectrocatalytic degradation of rhodamine B (RhB) and water splitting performance. Intriguingly, by selecting an appropriate hydrothermal time, the high photoconversion efficiency of 1.16% was achieved. (C) 2016 Science Press and Dalian Institute of Chemical Physics, Chinese Academy of Sciences. Published by Elsevier B.V. and Science Press. All rights reserved.

Ti^(3+)自掺杂的TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结的制备与可见光催化性能

以TiCl_3和InCl_3为Ti源和In源,在不使用还原剂的条件下,首先通过液相沉淀反应制备前驱体沉淀,然后采用后续水热处理制备Ti^(3+)自掺杂的TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结,考察了水热处理温度对材料结构和性能的影响。利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和紫外-可见漫反射光谱对样品进行表征。分别以罗丹明B和苯酚溶液为模拟废水评价了样品的可见光催化降解性能。结果表明,与纯的TiO_2、In2O_3以及Ti^(3+)自掺杂的TiO_2相比,Ti^(3+)自掺杂的TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能,200℃下水热处理24h所得样品光催化降解罗丹明B的反应速率常数(0.0444min-1)分别是纯TiO_2和In_2O_3的17.76倍和8.71倍。瞬态光电流时间响应结果表明样品的光催化性能主要来源于TiO_2(A)/TiO_2(R)/In_2O_3纳米异质结导致的提高的光生电子和空穴分离效率。

新型白光LED荧光粉Y_2O_3:Ti^(3+)的光谱性能

采用共沉淀法,在不同的烧结气氛下制备了Y_2O_3:Ti^(3+)粉体,测量了它们的激发、发射光谱以及XRD光谱,观测了形貌。在紫外光激发下,微晶Y_2O_3:Ti^(3+)在439 nm附近有较强的发射带,而纳米Y_2O_3:Ti^(3+)在400～500 nm范围内出现了强的发射带。随纳米粉体的晶粒尺寸减小,它的发光明显增强,覆盖了整个可见光区。结果表明Y_2O_2:Ti^(3+)纳米粉体有望成为新一代白光LED或汞灯的光转换荧光粉。

共沉淀法制备Y_2O_2S∶Eu^(3+),Mg^(2+),Ti^(4+)红色长余辉材料

用共沉淀法制备了Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+红色长余辉材料。测量了材料的电子显微形貌、晶体结构和发射光谱。通过与固相法制备的Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+长余辉材料比较,发现两种方法都可以制备粒度基本相同的纯相Y2O2S基质晶体,但共沉淀法样品的颗粒结构更松散。研究了Eu3+浓度对两种方法制备样品的谱线发射强度的影响,通过比较共沉淀法和高温固相法制备的样品中Eu3+的5D1→7F3较高能级跃迁的587.6 nm谱线强度随Eu3+浓度的变化,发现共沉淀法更有利于Eu3+均匀进入Y2O2S基质晶格而形成有效的发光中心。

Ti^(4+)的掺入对Y_2O_2S:Eu^(3+),Mg^(2+),Ti^(4+)陷阱分布和余辉性能的影响

用高温固相法制备了不同Ti4+掺杂量的红色长余辉材料Y2O2S:Eu3+,Mg2+,Ti4+,其X射线衍射分析、发射光谱和激发光谱均不受Ti4+掺杂量改变的影响.测量了Ti4+掺杂量不同的样品的热释光谱,随着Ti4+掺杂量的增加,热释光的峰值强度先增强后减弱,有了很大的变化;用PeakFit软件以一般阶动力学模型对Ti与Y2O2S的物质的量比分别为0.5%,2.5%和8.0%的样品进行了热释光曲线拟合,得出了它的单峰曲线并计算了与其对应的陷阱参数.陷阱分布表明:当Ti掺杂量为2.5%时,有利于合适深度陷阱的大量形成,从而使材料的发光和余辉性能得到了很大的提高.

纳米粉体Y_2O_3:Ti^(3+),Eu^(3+)的光谱性能

采用共沉淀法在氮氢气氛中制备出Y_2O_3:Ti^(3+),Eu^(3+)纳米粉体,测量了它的XRD、激发与发射光谱,观测了形貌。通过与Y_2O_3:Ti^(3+)纳米粉体的光谱比较分析,发现Y_2O_3中的Ti^(3+)至Eu^(3+)存在能量传递,以致紫外至蓝光区域的光,均能使Eu^(3+)经~5D_0→~7F_2等跃迁通道发射出610 nm左右的荧光,于是增强了粉体在红橙光区发光的比重,因此可以调节粉体的发光性能。Y_2O_3:Ti^(3+),Eu^(3+)纳米粉体的吸收带从紫外延伸到蓝光区,强荧光带覆盖了整个可见光区,这预示它有望成为新一代白光LED或汞灯的光转换荧光粉。

Ti^(3+)在Sol-gel多孔磷光SiO_2干凝胶中的发光

采用常规的Sol gel工艺合成了Ti3+ 掺杂的多孔磷光SiO2 干凝胶 ,Ti3+ 离子作为间隙离子存在于SiO2 网络中 ,展示了一种新颖的发光现象 ,改变了Sol gelSiO2 干凝胶的发射光谱。这种掺杂SiO2 干凝胶的激发和发射光谱均由 2个带组成 ,短波长的发光峰在 44 0nm(λex=3 80nm) ,其相对荧光强度约是纯SiO2 干凝胶的 5倍 ;长波长的发光峰在 60 0nm(λex=5 5 0nm) ,其相对荧光强度约是Ti3+ 掺杂ZnS纳米晶的 2 0倍。由此可以得出 :过渡金属离子掺杂的多孔磷光SiO2

大尺寸掺钛铝酸铍(Ti^(3+):BeAl_2O_4)激光晶体的提拉法生长

应用提拉法技术,采用BeO:Al2O3:Ti2O3摩尔比=100:99.85:0.15的化学组分配比,以及选用合适的固液界面温度梯度与生长速度等优化工艺条件,成功地生长出了T3+离子掺杂、无气泡、无云层和核心、尺寸≈Ф60mm×85mm的粉红色Ti3+:BeAl2O4大尺寸晶体。测定了Ti3+:BeAl2O4晶体的激发与荧光光谱。沿着晶体生长方向,晶体的颜色变深。在激发光谱中观测到了502 nm与567nm的激发峰,在发射光谱中观察到了发光中心为710nm的宽带荧光。两激发峰与Ti3+离子的2T2→2E能级跃迁有关,710nm的荧光峰是由振动能级2E→2T2产生的。从不同部位晶体的吸收强度和颜色变化可得到Ti3+离子在BeAl2O4晶体中的有效分凝系数小于1。

Ti^(3+):ZrSiO_4中Ti^(3+)中心g因子研究

锆英石(ZrSiO4)的热膨胀系数和导热系数较低,抗震性能和化学稳定出色,近年来,逐渐受到人们的重视.通 过引入平均因子和3d1电子在D2d晶场的g因子公式,研究了Ti3+:ZrSiO4中Ti3+中心EPRg因子,得到的结果与实验值基本 稳合.

旋轨耦合作用对Ti^(3+):Al_2O_3能级分裂的贡献

运用晶体场理论对钛宝石能级分裂的精细结构进行了计算,结果说明,在不计Jahn-Teller效应的情况下,考虑晶场和自旋-轨道耦合的共同作用能很好的解释其基态能级分裂,解决了Macfarlane认为不能用晶体场理论进行计算的困难.理论数据与实验结果符合得很好.

纳米粉体Y_2O_3:Ti^(3+),Pr^(3+)的光谱性能

采用共沉淀法在氮氢气氛中制备出Y2O3:Ti3+,Pr3+纳米粉体,通过XRD、TEM方法确认了它的晶相与晶粒尺寸,测量了它的激发与发射谱,并与Y2O3:Ti3+纳米粉体的光谱进行了比较。结果显示:共掺Pr3+仅在281nm处产生了激发峰,而在蓝绿光区没有产生激发峰,以致365～480nm的光激发不出Pr3+的特征红荧光。表明:共掺Pr3+的Y2O3:Ti3+用作白光LED荧光粉,难以改善发光性能。

Ti^(3+)自掺杂的纳米TiO_2的制备及其可见光催化性能

以TiH2为Ti源,H2O2为氧化剂,首先通过表面氧化得到不同状态的前驱体凝胶,然后采用后续水热处理制备Ti3+自掺杂的纳米Ti O2.考察了前驱体凝胶状态及水热处理时间对材料结构和性能的影响.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、电子顺磁共振波谱和紫外-可见漫反射光谱手段对样品进行表征.以次甲基蓝溶液为模拟废水评价样品的可见光催化降解性能.结果表明,与纯Ti O2相比,Ti3+的自掺杂使材料在可见光区有明显的吸收,并具有良好的可见光催化降解性能和循环使用性能.当采用黄色凝胶为前驱体时,在160°C下水热处理24 h所得样品在可见光下光催化降解次甲基蓝的反应速率常数(0.0439 min-1)是纯Ti O2的18.3倍.

Y_2O_2S∶Eu^(3+),Mg^(2+),Ti^(4+)长余辉材料制备中烧结条件和助熔剂的影响

采用高温固相法合成了Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+红色长余辉材料。通过X射线衍射分析和扫描电镜测试技术研究了样品的晶体结构和颗粒的大小、形貌,分析了有助于晶体颗粒生长的烧结温度、气氛以及助熔剂对它的影响,还对荧光体的发光光谱、相对亮度、余辉性质进行了研究。结果表明,制备得到的Y2O2S∶Eu3+,Mg2+,Ti4+红色长余辉材料体系相态纯净,有较完整和均匀的晶形,完整的晶体结构有利于提高荧光体的发光性质。制备中合适的烧结温度为1 150℃,要选择弱还原气氛。加入L i3PO4可以使晶体颗粒的晶型完整,粒径增大,并且粒度分布较窄。

负载CuO的Ti^(3+)/TiO_2催化剂制备及其光催化甲苯降解性能

通过在锐钛矿TiO_2载体表面上负载Cu-BTC(BTC,1,3,5-苯甲酸)前驱体,还原处理制备光催化剂CuO-Ti^(3+)/TiO_2(Cu-TiMB),对其在可见光条件下气相甲苯净化催化性能进行了研究。结果表明,该改良方法制备的CuO-Ti^(3+)/TiO_2(CuTiM B)催化剂的活性是浸渍法所得催化剂CuO-TiO_2(Cu-TiD)的2.68倍。CuO-Ti^(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)具有更大的比表面积(147 m2/g)和较小的颗粒粒径(0.45μm),呈现多孔状,CuO的分散度较高;催化剂表面Ti^(3+)提供了大量的氧缺位,在400-800 nm波段的光响应能力显著增强。CuO-Ti^(3+)/TiO_2(Cu-TiMB)催化剂中Cu^(2+)、Cu^+与Ti^(3+)形成的异质结构进一步增多了氧缺位数量,延缓e--h+的复合时间;氧缺陷增强了捕获吸附氧能力,通过金属氧化物价态变化增强化学吸附能力,提高了光催化性能。

Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料的制备及可见光催化性能

以低温退火制得的TiO_2纳米管和三聚氰胺为原料,经过一步煅烧制备Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料.采用热重分析(TGA)、X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料的热稳定性、组成、结晶性、形貌、化学价态和光学性能等进行了表征.结果表明,将H_2Ti_3O_7预处理后再与三聚氰胺混合热处理,产物是Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料,而未经预处理的H_2Ti_3O_7与三聚氰胺混合后热处理得到的是Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米颗粒/g-C_3N_4复合材料.罗丹明B((RhB)水溶液为模拟废水,以300 W氙灯(λ>420 nm)为光源,研究了所得产物的可见光催化降解性能.结果表明,与纯的TiO_2和g-C_3N_4相比,Ti^(3+)自掺杂TiO_2纳米管/g-C_3N_4复合材料具有最佳的光催化降解性能,光催化降解80 min时,对RhB的降解率达98.4%.这得益于Ti^(3+)及TiO_(2-x)纳米管与g-C_3N_4构筑的异质结提高了材料对可见光的响应性能,加快了光生电子的传输和分离,降低了电子和空穴的复合几率.

水热法制备Y_2O_2S∶Dy^(3+),Mg^(2+),Ti^(4+)白色长余辉微纳米材料及发光性能

采用水热法制备了白色长余辉微纳米发光材料Y2O2S∶x Dy3+,Mg2+,Ti4+(x=0.5%,1.0%,1.5%,2.0%,2.5%),利用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、激发和发射光谱、色度坐标、余辉曲线和热释光谱对样品进行表征。结果表明:煅烧后,样品的形貌为颗粒状,其粒径在150~250 nm之间;在359 nm的紫外光激发下,样品在488 nm和579 nm处有两个很强的发射峰,它们分别对应于Dy3+的蓝色跃迁(4F9/2→6H15/2)和黄色跃迁(4F9/2→6H13/2),适当比例的黄光和蓝光混合可以产生白光;当Dy3+浓度为2.0%(摩尔分数)时,样品的余辉性能最佳,用254 nm的低压汞灯照射10 min后,余辉时间可达到3600 s(≥1 mcd/m2)以上,与同样温度下高温固相法或溶胶凝胶法所制备样品的相比,其余辉性能得到了很大改善。

Ti^(3+)自掺杂纳米TiO_2的制备、表征与可见光催化活性

以Ti H2和H2O2为原料,采用水热法制备了米粒状Ti3+自掺杂的TiO2纳米颗粒.采用X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X-射线光电子能谱(XPS)对所制备样品的结构、结晶性、形貌和元素的存在状态进行了表征分析.电子顺磁共振谱(ESR)结果表明所制备的样品中含有晶格Ti3+和表面Ti3+.紫外—可见(UV-Vis)漫反射光谱表明这种Ti3+自掺杂的纳米TiO2在可见光区中有较强的吸收.在可见光辐射下,所制备的样品具有优于商业化P25 TiO2的光催化分解水和光催化降解次甲基蓝(MB)溶液的性能.其中160℃下水热处理27 h所得样品光催化降解MB的性能是P25 TiO2的9倍,而光催化分解水制氢的性能是P25 TiO2的12.5倍.

Two-dimensional ultrathin MoS2-modified black Ti^3+-TiO2 nanotubes for enhanced photocatalytic water splitting hydrogen production

Two-dimensional (2D) ultrathin MoS2-modified black Ti^3+-TiO2 nanotubes were fabricated using an electrospinning-hydrothermal treatment-reduction method.Bare TiO2 nanotubes were fabricated via electrospinning.Then,2D MoS2 lamellae were grown on the surface of the nanotubes and Ti^3+/Ov ions were introduced by reduction.The photocatalytic performance of the 2D MoS2/Ti^3+-TiO2 nanotubes was^15 times better than that of TiO2.The HER enhancement of the MoS2/Ti^3+-TiO2 nanotubes can be attributed to the Pt-like behavior of 2D MoS2 and the presence of Ti^3+-ions,which facilitated the quick diffusion of the photogenerated electrons to water,reducing the H2 activation barrier.The presence of Ov ions in the nanotubes and their hollow structure increased their solar utilization.