TiO_(2)-WS_(2)异质结的制备及其在医药废水处理中的应用

通过水热法原位合成了TiO_(2)-WS_(2)异质结样品,采用XRD、Raman、XPS、SEM、TEM、HR-TEM、BET、UVVis DRS、PL和EIS技术对样品的结构组成和光电性质进行分析,以环丙沙星为目标污染物,对样品的光降解性能进行评价。研究结果表明:TiO_(2)-WS_(2)异质结样品能够提高光生载流子的分离效率,使得TiO_(2)-WS_(2)样品在光催化降解环丙沙星时展现出了优异的活性,经过120 min光照后,对环丙沙星的达到了94.8%,较TiO_(2)样品和WS_(2)样品降解率明显提高,自由基捕获实验表明·OH和·O_(2)-为TiO_(2)-WS_(2)样品光催化降解环丙沙星过程中的主要活性物种。

CuO/TiO_(2)催化氧化CO性能及其反应动力学

采用等体积浸渍法制备负载型CuO/TiO_(2)催化剂,研究CuO含量、体积空速、O_(2)含量、CO进口浓度及烟气含SO_(2)时对催化剂CO氧化性能的影响,并对催化剂进行结构表征。结果表明:30wt%CuO/TiO_(2)催化剂的CO催化氧化效率最佳,在10000 h^(-1)空速下180℃以上完全催化氧化CO,针对0.1~0.5vol%CO进口浓度在220~420℃实现95%以上CO转化效率。当烟气中通入SO_(2)时,随着SO_(2)浓度由0增至4000 mg/m^(3),30wt%CuO/TiO_(2)催化剂在的CO转化率逐渐降低,SO_(2)的存在抑制催化剂的活性。在150~180℃温度范围内进行30wt%CuO/TiO_(2)催化剂的CO催化氧化本征反应动力学研究,实验及计算结果显示:30wt%CuO/TiO_(2)催化剂表面的CO催化氧化可近似为一级反应,反应活化能为24.23 kJ/mol。

可见光响应手性介孔TiO_(2)光催化剂的结构调控及催化性能

为了揭示可见光响应的手性介孔TiO_(2)光催化剂结构和光催化活性的调控规律,通过改变光催化剂制备过程中钛前驱物的加入量和搅拌速度,来探究这些因素对催化剂结构、可见光响应和光催化活性的影响,利用SEM、BET、XRD和紫外可见漫反射光谱表征光催化剂的结构及可见光响应性能的变化规律,并通过可见光激发下罗丹明B和苯酚的光降解试验评价光催化剂的性能。结果表明:随着钛酸丁酯加入量的增加,制备得到的手性介孔TiO_(2)中不对称螺旋堆积结构也增多,但钛酸丁酯加入量过多时,因水解速度加快造成短时间内生成的大量TiO_(2)粒子无法形成螺旋堆积的不对称结构,显著降低了光催化剂的可见光响应能力和光催化活性;制备过程中搅拌速度过低或者过高都不利于手性介孔TiO_(2)中不对称螺旋堆积结构的产生,搅拌速度过低(<400 r/min)时,手性介孔TiO_(2)中杂质较多且部分破碎不完整,其可见光响应能力和光降解活性都较弱,而搅拌速度过高(>400 r/min)时,制备的光催化剂中螺旋结构显著减少,导致光催化剂对2种污染物的降解效率下降。

锐钛矿相TiO_(2)吸附柴油中典型碱性氮化物的模拟计算

为了探究锐钛矿相TiO_(2)(a-TiO_(2))对柴油中典型氮化物(吡啶、苯胺、喹啉)及非氮化物的吸附行为和选择性,利用模拟计算方法研究了吡啶、苯胺、喹啉及非氮化物在a-TiO_(2)(101)晶面吸附过程中的吸附构型、吸附能、Mulliken电荷、电荷密度、差分电荷密度和态密度等。结果表明:吡啶、苯胺、喹啉吸附于a-TiO_(2)(101)晶面的吸附能分别为-188.59,-100.99,-201.63 kJ mol,3种氮化物均能稳定吸附于a-TiO_(2)(101)晶面,其吸附稳定性由大到小的顺序为喹啉>吡啶>苯胺;在吸附过程中,氮化物将自身一定量的电荷转移到a-TiO_(2)(101)晶面,形成氮化物→a-TiO_(2)(101)晶面的电荷转移通道;吡啶和喹啉在a-TiO_(2)(101)晶面吸附时形成N—Ti化学键,苯胺的氨基H和a-TiO_(2)(101)晶面的O形成氢键。芳烃、烷烃、环烷烃等非氮化物在a-TiO_(2)(101)晶面的吸附强度相近,均弱于氮化物。a-TiO_(2)对氮化物有较好的吸附脱除效果,能选择性去除柴油中的碱性氮化物。

r-TiO_(2)@BCC复合材料的制备及光热性能研究

太阳能驱动的界面水蒸发是一种高效、可持续性的海水淡化、废水处理方法,在缓解淡水资源匮乏和能源危机方面具有巨大潜力,成为研究热点。本文以Na BH_(4)为还原剂,将纳米TiO_(2)高温还原为还原态(黑色)TiO_(2),并负载于碳化玉米芯。研究了玉米芯不同碳化温度与还原态TiO_(2)负载量对复合材料光热蒸发能力的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)等对r-TiO_(2)@BCC复合材料的形貌结构、光吸收率等进行了表征。结果表明:将含有氧空位的还原态TiO_(2)负载于丰富孔道结构的碳化玉米芯,可获得显著的光热转换及水蒸发性能。在1k W/m^(2)模拟太阳光照射1 h的条件下,玉米芯碳化温度为700℃、还原态TiO_(2)的负载量为0.18 g时,r-TiO_(2)@BCC复合材料水蒸发速率为2.18 kg/(m^(2)·h),光热转换效率为89.28%。

包覆TiO_(2)保护层抑制磷化镍钴在水中腐蚀

本工作研究了镍钴双金属磷化物(Ni-Co-P)在水溶液中的稳定性。结果显示,Ni-Co-P能与H_(2)O反应,发生自腐蚀生成Ni^(2+)、Co^(2+)和PO43-离子,同时产生H_(2)。Ni-Co-P与H_(2)O的自腐蚀反应速率受到镍钴比例影响,Ni-Co-P中的Co含量升高,其在水中的腐蚀速率降低。详细研究了镍、钴投料比(nNi/nCo)为1∶2制备的Ni-Co-P在水中的腐蚀行为,其在水中的腐蚀速率与溶液pH值、氧气含量、光照、温度等因素有关。为了抑制Ni-Co-P(nNi/nCo=1/2)在水溶液中的腐蚀,在其表面包裹一层惰性TiO2保护层,这层TiO2保护层能有效减缓Ni-Co-P在水中的腐蚀,增强其稳定性。

二维TiS_(2)/TiO_(2)杂化纳米片储钠性质的第一性原理研究

二维TiS_(2)是一种具有较大应用前景的钠离子电池负极材料.然而,二维TiS_(2)负极材料钠离子扩散动力学性能不佳大大限制了其在钠离子电池领域的大规模应用.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,探究了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上钠原子吸附和扩散的热力学和动力学性质.研究结果表明,二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层结构具有较高的动力学和热力学稳定性.此外,钠原子倾向于吸附在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层硫-硫-氧穴位(S-S-O)的顶部,沿穴位-钛顶位-穴位方向(H_(CC)^(1)-T_(T)-H_(CC)^(1′))具有较低的扩散能垒(0.19 eV).与纯相二维TiS_(2)单层相比,钠原子更容易在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上迁移.本文通过对钠原子在二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层上的结构稳定性、优选吸附位点和扩散路径的全面研究,揭示了二维TiO_(2)/TiS_(2)杂化单层的结构性质和钠输运特性,为设计高性能的钛基钠离子电池负极材料提供了理论支撑.

改性纳米TiO_(2)的制备及光催化降解废水性能的研究

以Ti(SO_(4))_(2)和Ce(NO_(3))_(3)·6H_(2)O为原料,通过水热法制备了Ce-TiO_(2)复合光催化材料,通过XRD、SEM、UV-Vis、拉曼、红外光谱、PL等手段表征了Ce-TiO_(2)复合光催化材料的晶格结构、微观形貌及光谱性能,并以罗丹明B(RhB)溶液模拟废水,以300 W氙灯为光源进行照射,研究了Ce掺杂量对Ce-TiO_(2)光催化性能的影响。结果表明,水热法制备出的Ce-TiO_(2)复合光催化材料的晶型均属于锐钛矿相,形貌为不规则的球状颗粒。Ce的掺杂降低了Ce-TiO_(2)的禁带宽度,吸收边发生红移,光致发光测试表明TiO_(2)的本征发射峰随Ce掺杂量的增多而降低,0.9%Ce-TiO_(2)的光致发光强度最低,吸收边和禁带宽度分别为474 nm和2.62 eV,0.9%Ce-TiO_(2)在30 min时对RhB的降解率最高可达99.6%,相比纯TiO_(2)提高了82.8%,Ce-TiO_(2)对RhB的光催化降解符合一级反应动力学方程,拟合方程的相关度均超过了99%。

Ce、Mn助剂对V_(2)O_(5)/TiO_(2)催化剂催化氨选择性氧化的影响

以V_(2)O_(5)/TiO_(2)催化剂为基体,制备了一系列Ce、Mn改性催化剂,并结合氮气吸附-脱附、X射线衍射、X射线光电子能谱、扫描电子显微镜分析了催化剂的结构及活性组成,探究了其反应活性。结果表明,制备的改性V_(2)O_(5)/TiO_(2)催化剂分散性好,Ce-Mn双金属改性提高了催化剂的NH3转化率和N_(2)选择性。Ce、Mn负载量(Ce或Mn与TiO_(2)的质量比)分别为8%、6%时,310℃下改性材料的NH3转化率为100%,N_(2)选择性为78%。原位漫反射傅里叶变换红外光谱表征显示催化剂表面羟基吸附的NH3会优先参与反应,温度升高后催化剂表面的Br?nsted和Lewis酸位点上吸附的NH3开始参与反应,较高温度下Lewis酸位点是主要的NH3转化位点。

长循环空腔三明治H-TiO_(2)/Fe_(3)O_(4)/C锂离子池负极材料

首先,采用水热法制备前驱体球形Fe_(3)O_(4),以球形Fe_(3)O_(4)为基底材料对其进行碳包覆处理,得到核壳结构Fe_(3)O_(4)@C复合材料。采用刻蚀的方法将Fe_(3)O_(4)溶解于刻蚀溶液中,得到空腔结构C材料。以空腔C为基底材料,通过水热法在空腔C(H-C)材料外围包裹一层Fe_(3)O_(4),得到空腔核壳结构Fe_(3)O_(4)/C材料。最后利用溶剂热法在Fe_(3)O_(4)/C材料外层包裹上氢化二氧化钛(H-TiO_(2)),得到空腔结构的H-TiO_(2)/Fe_(3)O_(4)/C复合材料。复合材料中的H-TiO_(2)和C材料的循环稳定提升Fe_(3)O_(4)的循环稳定性,同时,空腔结构减少了C材料(理论容量较低)在复合材料中的占比,提升了复合材料的本征容量。空腔三明治结构的H-TiO_(2)/Fe_(3)O_(4)/C复合材料显示了出色的电化学性能,在0.2 A·g^(-1)的电流密度下循环500圈之后的放电比容量为629.5 mAh·g^(-1),最为重要的是首次库伦效率达到惊人的80.6%。以1 A·g^(-1)的电流密度循环1000圈后的比容量为396.04 mAh·g^(-1)。

FeOOH/TiO_(2)纳米膜光催化还原Cr(Ⅵ)性能研究

采用物理混合法,制成蒙脱石–石墨烯(MMTGR)复合基底;采用分子自组装法,合成FeOOH/TiO_(2)纳米膜及FeOOH/TiO_(2)/MMTGR复合材料。研究半导体矿物材料复合、基底性质等对光催化还原Cr(Ⅵ)的具体影响。实验结果表明FeOOH/TiO_(2)/MMTGR材料光催化性能最佳。FeOOH与TiO_(2)复合形成异质结,促进光生电子–空穴对的分离,有效提高了材料对Cr(Ⅵ)的光催化还原性能。相较蒙脱石基底而言,MMTGR复合基底吸附Cr(Ⅵ)性能有了较大提升,同时MMTGR能够参与并加速电子传递过程,从而加速了光催化还原Cr(Ⅵ)速率。研究结果对今后开发应用于土壤、水环境污染修复的高效光催化剂具有理论指导意义。

不同金属离子改性下纳米TiO_(2)对HC降解效果影响

为了降低尾气对道路周边环境的影响,光催化降解技术作为新型处理技术已成为研究热点。为了提高尾气的降解效率,采用溶胶-凝胶法对纳米TiO_(2)和不同浓度金属离子Fe^(3+)、Ag+、La^(3+)掺杂,并使用自制尾气降解反应装置进行尾气降解实验。结果表明:在Fe^(3+)、Ag+、La^(3+)掺杂下提高了纳米TiO_(2)对HC的催化效率,且在La^(3+)的掺杂量在1%时,对HC的降解效率最明显,可达10.9%;Fe^(3+)掺量在1%时,尾气的降解速率最高可达25%。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

GQDs/TiO_(2)可见光催化降解抗抑郁药阿米替林的研究

阿米替林是一种被广泛使用的抗抑郁药,阿米替林及其代谢产物对水生生物和人体健康产生危害。阿米替林作为一种新兴污染物,其去除方法的研究受到广泛关注。研究采用水热法制备石墨烯量子点/二氧化钛(GQDs/TiO_(2))复合催化剂,通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和比表面测试(BET)表征了复合物的结构和形貌。催化剂可见光催化降解阿米替林性能表明,当GQDs的负载量为4%,溶液pH为11,催化剂投加量为0.08 g,阿米替林的初始浓度为5μmol/L时,GQDs/TiO_(2)对阿米替林的降解性能达到最优,为93.1%。GQDs的引入促进了光生电子空穴对的有效分离和转移,超氧阴离子自由基(·O_(2)^(-))是光催化过程中最主要的活性物种,其次是电子(e^(-))和羟基自由基(·OH)。

ZIF-8@TiO_(2)复合材料的制备及光催化性能

本研究采用水热法制备了一种新型的高效光催化微米复合材料ZIF-8@TiO_(2),并比较了ZIF-8、TiO_(2)纳米球和ZIF-8@TiO_(2)光催化降解罗丹明B的能力。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪、紫外-可见漫反射光谱(DRS)仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪和比表面积测量(BET)仪对合成的材料进行了表征。结果表明,TiO_(2)纳米球在ZIF-8表面均匀生长,ZIF-8和TiO_(2)通过化学键连接在一起。ZIF-8和TiO_(2)的协同作用大大增强了复合光催化剂的催化能力。其中ZIF-8@TiO_(2)复合材料的ZIF-8为电荷分离器中光生电子转移提供了一种新的方式,以降低电荷复合率。由于该混合物结合了ZIF-8和TiO_(2)的优点,ZIF-8@TiO_(2)显示出优异的光催化降解罗丹明B的能力。同时讨论了复合光催化剂可能的光催化机理。

废烟气脱硝催化剂中TiO_(2)资源化回收实验研究

采用高温碱浸和酸洗的方法对废选择性催化还原(SCR)脱硝催化剂进行处理,研究碱浸和酸洗对催化剂各组分的浸出效果,考察温度对催化剂浸出行为的影响规律。结果表明,碱浸温度的提高促进V和W的浸出,210℃时V和W的浸出率分别为82.38%和74.92%。经高温碱浸和酸洗处理后,Al、Ca、Na等杂质的最高浸出率均可达98%以上,回收TiO_(2)的纯度较高,可用于生产新催化剂。高温碱浸会破坏催化剂的结构,有利于后续HCl处理对杂质的去除,除杂效果优于直接酸洗处理。高温碱浸过程中会生成Na_(2)TiO_(3),经HCl反应并水解后会形成新的TiO_(2)颗粒,形成更多的小孔,比表面积增大。

MoS_(2)/F-TiO_(2)异质结的制备及光降解罗丹明B性能研究

构建异质结型光催化剂是提高半导体光催化性能的有效方法之一,同时也是光催化处理有机废水的重要技术策略.采用沉淀胶溶法制备出F-TiO_(2),并与MoS_(2)复合构建兼具吸附-光催化性能的MoS_(2)/FTiO_(2)异质结.采用扫描电子显微镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、紫可见吸收光谱(UV-Vis-Abs)、X射线光电子能谱仪(XPS)等技术分别对MoS_(2)/FTiO_(2)复合材料进行表征,研究了MoS_(2)/F-TiO_(2)的光催化性能.结果表明,1.0%MoS_(2)/F-TiO_(2)在降解有机污染物罗丹明B(RhB)溶液过程中表现出优异的光催化活性和稳定性.MoS_(2)和F-TiO_(2)形成异质结催化剂有效抑制光生载流子复合,提高光生电子和空穴分离率和寿命,从而产生更多羟基自由基和超氧自由基以提高光催化效率;并且1.0%MoS_(2)/F-TiO_(2)异质结具有较大的比表面积,可增加催化反应的活性位点和有机物在材料表面的吸附,使其35 min后降解率高达95.73%,显著高于纯TiO_(2)和F-TiO_(2).此外,MoS_(2)/FTiO_(2)复合材料具有良好的循环稳定性,经过5次重复降解测试,其对RhB的降解率仍保持在90%以上.

紫外线下纳米TiO_(2)改性涂层混凝土抗碳化性能研究

为提升涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能,通过引入不同掺量金红石型纳米TiO_(2)对水泥基结晶涂层和聚氨酯涂层进行改性。结果表明:紫外线照射一定程度上会削弱涂层混凝土的抗碳化性能;使用纳米TiO_(2)改性后,两种涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能均得到了不同程度的提升,随着纳米TiO_(2)掺量的增加,两种涂层混凝土抗碳化性能均呈现先提升后降低的趋势,其中水泥基结晶涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为2%,聚氨酯涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为1%~2%,紫外线照射下纳米TiO_(2)对聚氨酯涂层混凝土抗碳化性能的提升最为明显。

核壳结构C-TiO_(2)纳米复合材料用于高效光催化降解有机染料

化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

稀土金属Y掺杂锐钛矿TiO_(2)(101)表面的改性

为了掌握Y原子掺杂在锐钛矿TiO_(2)(101)表面的稳定吸附位置和电子结构变化,提高其表面光催化活性,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Y原子掺杂在完美的、带有亚表层氧空位和带有表层氧空位的锐钛矿TiO_(2)(101)表面的结构稳定性和电子性能。结构优化和电荷密度结果表明,Y原子可以稳定吸附在三种不同的表面上。在完美表面吸附时,Y原子最稳定的吸附位置是两个三配位O原子之间的空位;与完美表面类似,在带有亚表层氧空位表面吸附时,Y原子最稳定吸附位置是与氧空位邻近的两个三配位O原子之间的空位;而在带有表层氧空位表面吸附时,Y原子则停留于氧空位邻近的四配位Ti原子位置上最稳定。电荷密度计算结果也表明Y原子与这三种表面结合非常稳固。电子态密度计算结果表明,在带有表层氧空位的锐钛矿TiO_(2)(101)表面引入Y原子会在费米面附近的带隙中引入缺陷态,带隙从1.67 eV降至1.44 eV,这有可能引起电子的分级跃迁,提高表面光催化能力。本文的研究为利用单原子Y掺杂提高TiO_(2)(101)表面光催化能力提供了理论支持。