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。

TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)的制备及光臭氧协同催化深度处理制革废水

采用溶剂热法制备了复合金属氧化物催化剂(TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)),以生化制革废水为处理对象,废水COD为110~140 mg/L,对催化剂光催化臭氧氧化性能进行了探。考察了催化剂种类、反应时间、催化剂用量、臭氧浓度等因素对生化制革废水COD去除率的影响。XPS、XRD、UV-Vis DRS、SEM、TEM及FT-IR等结果证明,实现了复合金属氧化物催化剂的制备。光催化臭氧氧化实验结果表明,与单独光催化和臭氧催化氧化相比,光催化臭氧氧化能明显提高生化制革废水的COD去除率。当催化剂用量为0.8 g/L,臭氧浓度20 mg/L,复合催化剂光催化臭氧氧化效果最佳,反应150 min后,COD去除率达到83.7%。重复实验结果表明TiO_(2)/ZnO/SnO_(2)稳定性较好。本研究利用光催化和臭氧催化氧化协同作用深度处理制革废水,效率较高、无二次污染,可为工业污水深度处理提供参考。

MoS_(2)/ZnO异质结纳米材料降解亚甲基蓝的光催化性能研究

为了提高ZnO的光转换效率,选用带隙较低的MoS_(2)形成异质结提高ZnO的光催化性能。通过水热法制备ZnO纳米棒,并进一步制备MoS_(2)/ZnO异质结构的纳米复合材料。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、固体紫外可见漫反射测试仪(UV-Vis)和紫外可见分光光度计(UV-245)等分析方法对样品的形貌、结构及光学性能等进行表征。结果表明,MoS_(2)/ZnO异质结复合材料呈棒状结构,并由于内建电场存在可有效增强光生载流子的分离效率,进而提高了可见光区的吸收,提高了光催化性能。在模拟太阳光(包含紫外波段)下,60 min时MoS_(2)-15/ZnO纳米复合材料对亚甲基蓝的降解率可达99%,比纯ZnO的降解率提高了10%。

潮湿环境下金红石型纳米TiO_(2)掺杂聚乙烯的分子动力学模拟

为了从微观角度分析金红石型纳米TiO_(2)掺杂对聚乙烯(polyethylene,PE)材料性能的影响,采用分子动力学模拟方法,构建不同水分子质量分数的PE和TiO_(2)/PE复合模型,以温度为变量研究分析纳米TiO_(2)改性PE材料前后的热力学性能和微观结构以及水分子在复合体系中的扩散能力。结果表明:纳米TiO_(2)的掺杂使PE体系的玻璃化转变温度提高了33 K,杨氏模量提升了428.17%,剪切模量提升了338.62%。纳米TiO_(2)极大抑制了PE分子链的运动和水分子的扩散,增强了复合体系的稳定性。水分子的加入和温度的升高降低了复合体系的热力学性能,这两者均破坏了复合体系的稳定性。

PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜的制备及光催化性能

含大量有机染料的废水对环境的污染日益严重,光催化分离膜的研究备受关注。本研究先通过静电纺丝法制备了PVDF/PEMA膜,后进行酸处理制备出富羧基PVDF纤维复合膜,最后通过水热反应在膜表面原位沉积TiO_(2)@MoS_(2)微纳米颗粒,制备出在太阳光下具有较高催化活性的PVDF/TiO_(2)@MoS_(2)纤维复合膜。结果表明MoS_(2)的加入可以有效降低纤维复合膜禁带带隙能量,从而提高纤维复合膜的光催化活性;在光照4 h后对RhB的降解率达到97.1%;连续5次吸附-降解实验,纤维复合膜对RhB的降解率仍达到95%以上,表明该纤维复合膜具有优异的可重复使用性。因此,该膜在染料降解方面具有潜在的应用前景。

高压水蒸气对β-Li_(2)TiO_(3:)Eu^(3+)荧光粉的全谱发光性能影响

采用水热法制备荧光粉前驱体后通过高温煅烧的方法,合成了由电偶极跃迁主导的高色纯度的β-Li_(2)TiO_(3):Eu^(3+)红色荧光粉.设计了适用于DHT11的拓扑电路,对荧光粉体湿度和温度进行测试.研究发现,高压腔体中加水量为5 mL,β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)的相对湿度可达81%RH.在波长为396 nm的近紫外光激发下,β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)发射由电偶极跃迁主导的613 nm的红光,荧光寿命为773.36μs,高压水蒸气处理对β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)的电偶极跃迁发射峰和磁偶极跃迁发射峰位置没有变化,但发射峰强度增强并且荧光寿命降至386.81μs.高压水蒸气高压处理后的荧光粉色坐标x=0.47,y=0.51,色温为3300 K,红光色纯度为96.6%,比高压处理前显示出更优异的显色性能.高压水蒸气处理后的β-Li_(2)TiO_(3):0.5 mol%Eu^(3+)电偶极跃迁谱线强度参数Ω_(2)增加至4.21×10^(-19)cm^(2),^(5)D_(0)→^(7)F_(2)跃迁的荧光分支比β2也增加至96.9%,而量子效率η减小至57%,证实了湿度对荧光粉的发光效率具有极大的影响.

TiO_(2)@H^(+)/g⁃C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能及机理分析

本文研究了TiO_(2)含量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H^(+)/g-C_(3)N_(4)),然后通过煅烧法在H^(+)/g-C_(3)N_(4)表面负载TiO_(2)得到TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,利用透射电镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料进行了表征,研究了其在可见光下的光催化产氢性能,探讨了TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料光催化产氢机理。实验结果表明:1)煅烧法可以成功制备TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,且TiO_(2)的负载显著地提升了H^(+)/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢性能,这主要归功于TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结的形成降低了光生电子空穴的复合速率,加快了电子的转移速率;2)实验结果还表明TiO_(2)的负载量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能有很大影响,当TiO_(2)含量为25%时,所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能最好,其光催化产氢速率为3.47 mmol·g^(−1)·h^(−1),是H^(+)/g-C_(3)N_(4)产氢速率的4.05倍,这主要归功于25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)大的比表面积和高的光吸收度;3)所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料还表现出良好的稳定性。

超声耦合TiO_(2)/UV光催化处理对玉米秸秆组分影响研究

本文采用超声耦合Ti O_(2)/UV光催化处理玉米秸秆,探究处理条件对玉米秸秆组分及结构的影响。研究结果表明,在Ti O_(2)投加量为0.25g·L^(-1)、pH值为8.25、超声强度为0.625W·m L^(-1)、处理1h的条件下,玉米秸秆中木质素和半纤维素含量分别由未处理前的26.06%、20.58%降低到22.85%、18.39%,纤维素含量由37.67%增加到40.39%。超声耦合Ti O_(2)/UV光催化处理可以破坏玉米秸秆的结构,玉米秸秆断裂破碎成细小碎片,表面粗糙有褶皱。本研究可为超声耦合Ti O_(2)/UV光催化技术在玉米秸秆预处理中的应用提供技术参考。

共沉淀法和浸渍法制备的HoCeMn/TiO_(2)催化剂的脱硝性能

采用浸渍法和共沉淀法制备了HoCeMn/TiO_(2)脱硝催化剂并对其结构和性能进行了表征。结果表明共沉淀法增强了活性组分和载体的相互作用,从而增加了HoCeMnTi-C催化剂表面Ce^(3+)、Mn^(4+)以及吸附氧的含量,使其表现出优异的低温氧化还原性能。此外,共沉淀法制备的HoCeMnTi-C具有更多的表面酸性位点及更强的表面酸性。催化剂表面酸性和氧化还原性能的提高有助于氨的吸附和活化,从而显著提高其活性。表面酸性位点的增多还抑制了H_(2)O和SO_(2)在催化剂表面的吸附,提升了催化剂的抗水抗硫性能。催化剂上的选择性催化还原(SCR)反应遵循Eley-Rideal(E-R)机制,催化剂硫中毒是源于形成的硫酸盐覆盖或破坏了催化剂活性位。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

TiO_(2)添加量对SiC多孔陶瓷物相组成及性能的影响

为制备同时具有高气孔率和高强度的硅结合SiC多孔陶瓷,以α-SiC粉、单质Si粉及TiO_(2)粉为主要原料,在氩气气氛下经1400℃保温3 h制备SiC多孔陶瓷,探究TiO_(2)添加量(加入质量分数分别为0、2%、4%、8%)对材料物相组成、显微形貌、孔径分布及主要物理性能的影响。结果表明:随TiO_(2)添加量的增加,单质Si的衍射峰逐渐消失,材料中检测到Ti_(3)O_(5)及TiSi_(2)物相,伴随着新相的生成,SiC颗粒间结合更加紧密,其显气孔率及平均孔径减小,力学性能显著提升。当TiO_(2)添加量为8%(w)时,材料具有优异的综合性能,其显气孔率、常温抗折强度及平均孔径分别为33.6%、29.6 MPa和0.27μm。

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。

基于响应曲面法的TiO_(2)/ZnO/BF改性沥青混合料性能分析

探究玄武岩纤维掺量、纳米TiO_(2)/ZnO掺量和油石比对沥青混合料的路用性能的影响,依据最优解制备复合改性沥青混合料,通过车辙试验、低温弯曲试验、浸水马歇尔试验、冻融劈裂试验和四点弯曲疲劳试验进行路用性能验证。结果表明,复合改性沥青混合料最优配比为:纳米TiO_(2)/ZnO掺量3.99%,玄武岩纤维掺量6.16%,油石比5.44%。此方案下复合改性沥青混合料路用性能显著提升,相比于基质沥青和仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料,其水稳定性和高温性能提升最为明显。在不同应变条件下,复合改性沥青混合料疲劳寿命均为3种混合料中最大值,但其低温性能相较于仅采用玄武岩纤维的改性沥青混合料提升较小。

TiO_(2)/Fe/Ag_(3)PO_(4)复合光催化剂降解RhB

半导体TiO_(2)化学性质稳定、安全无毒,是光催化降解污染的代表性材料。但TiO_(2)存在带隙较宽,只能吸收紫外光的问题。在太阳光能中,紫外光的占比不到5%,大多数光能无法吸收,这会导致TiO_(2)对污染物的光催化降解性能受到极大限制。针对上述问题,设计了一种铁和银共同掺杂的方案,尝试得到比纯TiO_(2)带隙能量更低的复合TiO_(2)微球,来对太阳光的吸收范围进行扩展。样品使用溶胶-凝胶法来制备,分别制备5种铁原子占比不同的TiO_(2)/Fe微球,然后将银元素以磷酸银的形式负载上去,得到TiO_(2)/Fe/Ag_(3)PO_(4)复合微球。配制浓度为10 mg/L的50 mL有机污染物RhB水溶液,在氙灯光源下分别测试5种样品的光催化降解性能。结果表明:1 h内5种样品的降解率均超过90%,特别是铁原子占比为5%时,光催化的效果最好,30 min时降解率高达99%。经过XRD、SEM、XPS、DRS、PL等一系列的测试分析发现,铁原子占比为5%时,复合TiO_(2)微球的带隙能量降低到了2.85 eV,对太阳光的响应延伸至可见光区域,较大程度地提升了TiO2的光催化性能。

Au-TiO_(2)光电极界面声子热输运特性的分子动力学模拟

为了研究光电分解水体系中具有热等离激元效应的Au-TiO_(2)电极的界面热输运特性,本文采用非平衡分子动力学方法研究了温度、界面耦合强度以及添加石墨烯层对Au-TiO_(2)界面热导的影响,并通过声子态密度对界面热导的变化进行了分析.研究结果表明,当体系温度从300 K增加到800 K时,Au-TiO_(2)界面导热系数增加了78.55%,这与更多的低频声子参与界面热输运相关,更多的热量传递到TiO_(2)上可促进界面反应.随着Au与TiO_(2)界面耦合强度的增大,界面热导率可通过TiO_(2)和Au的声子态密度的重叠程度得到优化.添加单层石墨烯可提高Au-TiO_(2)结构的界面热导,其中0—30 THz的低频区声子对导热贡献最大,但添加2层和3层石墨烯,石墨烯层与层之间的相互作用力阻碍了界面传热,且在低频区的声子数量有所降低,不利于热量在Au和TiO_(2)之间进行传递.

纳米ZnO/TiO_(2)对玄武岩纤维改性沥青性能影响

为提升沥青结合料的路用性能,采用玄武岩纤维、纳米ZnO和纳米TiO_(2)复配复合改性沥青。通过三大指标、布氏旋转黏度和温度扫描试验对复合改性沥青基础性能及流变性能进行研究,采用薄膜烘箱老化试验(TFOT)和压力容器老化试验(PAV)模拟沥青不同老化状态,分析复合改性沥青抗老化性能。结果表明,随着纳米ZnO和纳米TiO_(2)掺量增加,改性沥青针入度、软化点及黏度均增大,其高温性能得到改善;复合改性沥青的车辙因子G^(*)/sinδ和疲劳因子G^(*)•sinδ均有明显提高,其抗车辙性能提升,抗疲劳性能下降;对比不同老化状态下沥青的复数模量、疲劳因子-温度关系曲线,其抗老化性能随纳米复合改性剂掺量的增加而提高;通过综合比选,推荐纳米复合改性剂最佳掺量为4%。

GPTMS/TiO_(2)复合催化剂对AB1的降解机理分析

染料生产过程中产生的印染废液对环境或人体的危害较大,酸性黑1(AB1)是其中主要的有害物质之一。为了提高印染废液中AB1的处理效率,本研究提出了一种新型复合材料,作为印染废液中AB1的降解催化剂。该催化剂以TPNC与纳米TiO_(2)为主体,以CPTMS为链接剂。结果显示,TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中的AB1质量分数仍有63.8%,以质量分数0.004%TNPC-GPTMS/TiO_(2)作为催化剂时,光照催化90 min后,溶液中AB1已被完成降解,溶液完成脱色。本研究提出的新型催化材料可以有效提高印染废液中的AB1处理速度。

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。

微波辅助合成ZnO-TiO_(2)及其可见光催化脱硝活性

通过对比水热溶胶凝胶法与微波辅助溶胶凝胶法制备的复合TiO_(2)的光催化性能,最终采用耗时较短且结晶度更好的微波辅助溶胶凝胶法制备了不同复合比例的ZnO-TiO_(2)材料。ZnO-TiO_(2)复合材料比表面积和孔容孔径尺寸较TiO_(2)材料均有明显增大,表面酸性更强,能带结构有利于电子空穴的高效分离,催化还原活性与选择性更强。经光催化脱硝实验优化出ZnO与TiO_(2)最佳复合比为0.2,对于初始质量浓度为6.83 mg/m^(3)的NO_(x),在65 W节能灯照射的光源条件下,可见光催化脱除效率高达85%,NO_(x)质量浓度提高至13.67 mg/m^(3),在通入氨氮比为1:1的NH_(3)后,脱硝效率高达96%,比纯TiO_(2)的提高43%,质量浓度适用范围较前期研究拓宽近六倍。机理分析认为,整个反应可分成吸附与光催化两个部分,其中,吸附是该反应的速控步骤,NO在吸附氧的作用下被氧化为NO_(2),光生电子能够将NO_(2)进一步还原为N_(2),通入NH_(3)后,NH_(3)与光生电子共同作用,NO_(x)脱除效率得以提高。

ZIF-8修饰同质异相结TiO_(2)的光催化固氮性能研究

光照条件下合成了微量ZIF-8定向修饰同质异相结TiO_(2)的ZIF-8/TiO_(2)复合材料以提高TiO_(2)的光催化固氮能力.利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis漫反射谱、电化学阻抗谱等对合成材料的结构组成、形貌及光电性能等进行表征.结果表明,适量的ZIF-8修饰除了能显著增加TiO_(2)复合材料的比表面积和改善孔径分布范围之外,还能增强对可见光的吸收能力以及光生电荷的分离能力.光催化测试结果表明,ZIF-8/TiO_(2)-3复合材料的平均固氮速率达到了742μmol·L^(-1)·g^(-1)·h^(-1),约为同质异相结TiO_(2)的3.78倍,ZIF-8的3.71倍.经5次光催化循环后其光催化性能几乎没有衰减,表现出较好的光催化固氮活性和高的稳定性.为光催化固氮材料的设计提供了参考.