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。

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。

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。

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.

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。

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.

Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理研究

Mn/TiO_(2)具有良好的低温NH3选择性催化还原NOx(SCR)的活性。烟气中存在的碱金属会从物理和化学上毒害催化剂导致Mn/TiO_(2)催化剂中毒失活。论文以暴露{101}面TiO_(2)为载体制备Mn/TiO_(2)催化剂,采用浸渍法制备K中毒催化剂,研究了Mn/TiO_(2)低温SCR催化剂钾中毒机理。实验发现,Mn/TiO_(2)催化剂脱硝效率随K中毒浓度增加而减少;新鲜Mn/TiO_(2)催化剂表面NH3-SCR反应由E-R和L-H机理共同控制;K吸附会导致催化剂比表面积降低,催化剂表面Mn4+、化学吸附氧比例降低,表面酸性位点数量减少,导致脱硝活性降低;同时K更易吸附在Mn顶位以及桥接O位附近,导致NO的吸附活化受到严重遏制,同时削弱NH3的吸附,使得L-H机理受到阻断,只能以E-R机理控制为主。

NiPd/TiO_(2)催化剂的制备及催化甲酸分解制氢

高效、清洁且无毒无害的催化剂是实现以甲酸(HCOOH)为化学储氢材料分解制氢的重点。首先,通过水热法453 K下制备了TiO_(2)载体;然后,通过浸渍法将活性组分Ni、Pd负载到TiO_(2)载体上合成了NiPd/TiO_(2)催化剂。采用SEM、TEM、N2吸附-脱附、XRD、XPS、UV-Vis DRS对催化剂样品进行了表征。探究了由不同n(Ni)∶n(Pd)制备的催化剂对催化甲酸分解制氢性能的影响。结果表明,NiPd金属粒子对TiO_(2)的改性不仅扩大了TiO_(2)的光吸收范围,还有助于电荷分离,加速光催化反应的进行。在光照下,当NiPd/TiO_(2)催化剂中n(Ni)∶n(Pd)=2∶8时,催化剂的反应转化频率(TOF)最大,为3528 h^(–1)(323 K下),甲酸分解的活化能(E_(a))为53.9 kJ/mol。

ZnIn_(2)S_(4)修饰TiO_(2)的分级S型异质结用于促进光催化析氢

利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异质结成为提高光催化活性的有效策略.该结构能实现光生载流子的空间分离和转移,有效地抑制其复合,同时保留了光催化体系的强氧化还原能力.本文利用原位化学浴沉积法成功地将ZnIn_(2)S_(4)纳米片修饰在花状TiO_(2)微球表面,制备了具有独特分级结构的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化材料,并研究了其光催化析氢活性.Zeta电位结果表明,TiO_(2)带有正电荷,可以率先吸附溶液中的S2-并与后续加入的In3+和Zn2+原位反应生成ZnIn_(2)S_(4),进而构建稳定的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂.X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜等结果证实了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂的成功制备.紫外-可见漫反射结果表明,ZnIn_(2)S_(4)的引入明显增强了TiO_(2)的光吸收能力.结合莫特-肖特基曲线、X射线光电子能价带谱和紫外光电子能谱等表征结果,确定了TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的能带结构及费米能级位置.光电流密度、电化学阻抗、表面光电压、荧光光谱和时间分辨荧光光谱等测试结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.线性扫描伏安和接触角测试证明了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的过电势和良好的亲水性,更有利于析氢反应发生.通过阿伦尼乌斯方程对反应温度和析氢速率之间的关系进行拟合,结果发现,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的析氢反应表观活化能,从而更有利于光催化析氢反应发生.非原位和原位X射线光电子能谱以及电子自旋共振光谱等结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结遵循S型电子转移机理.在模拟太阳光照射下,最佳配比的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的光催化析氢速率达6.85 mmol g^(-1) h^(-1),分别约为纯TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的171.2倍和3.9倍.此外,经六次循环后催化材料仍保持良好的光催化析氢活性,表明具有紧密界面接触的分级结构异质结可以有效地抑制ZnIn_(2)S_(4)的光腐蚀,且保持良好的结构稳定性.综上,本文构建了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结,有效促进了光生载流子的空间分离和转移,同时保留了其强氧化还原能力,从而提高光催化析氢活性.本研究为设计和合成高效的异质结光催化剂提供了参考.

表面氟化锐钛矿与金红石/锐钛矿混合晶相TiO_(2)光催化性能对比研究

以四氯化钛为钛源,通过改变氢氟酸(HF)用量、水热反应温度和时间调控TiO_(2)的晶相组成,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、电子顺磁共振(ESR)、红外光谱(FT-IR)和紫外-可见光光谱(UV-Vis)等手段进行表征,以罗丹明B为模型污染物,对比研究了表面氟化锐钛矿TiO_(2)与金红石/锐钛矿混合晶相TiO_(2)光催化性能及反应机制。结果表明:混合晶相有利于电子和空穴共同参与光催化反应,从而更有利于提高光催化性能;表面氟化锐钛矿TiO_(2)能抑制电子的作用,导致其催化活性弱于混合相TiO_(2)。这为高活性TiO_(2)光催化剂的制备提供了一种新思路。

TiO_(2)纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响

为了研究介质形貌对热管工作过程的影响,利用水热法制备棒状、片状、菱状3种形貌的TiO_(2)纳米颗粒,采用两步法制备3种形貌TiO_(2)-水纳米流体,对热管内不同形貌工作介质的导热性能、热管工作过程的启动性能、等温性能和热阻进行试验研究,分析TiO_(2)纳米颗粒形貌对热管工作性能的影响。结果表明:热管内片状TiO_(2)-水纳米流体的导热系数大于菱状、棒状TiO_(2)-水纳米流体和基液水的;当加热功率相同时,片状TiO_(2)-水纳米流体热管启动温度最低,为(38.2±0.5)℃,并且相对于棒状、菱状TiO_(2)-水纳米流体热管,片状TiO_(2)-水纳米流体热管稳定工作时蒸发段与冷凝段的平均温度差减小2~3℃,总热阻减小4.4%~28.3%。

喷涂法负载TiO_(2)/MnO_(2)陶瓷膜催化臭氧氧化降解染料废水

染料废水存在排放量大、色度高、COD大、可生化性差、难降解等特点,其处理存在低效高耗的问题.本研究首先通过水热法制备了TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,对催化剂进行了XRD、XPS、SEM/EDS表征,以罗丹明B(RhB)溶液为模拟染料废水,进行了催化臭氧氧化降解RhB的性能对比研究.再通过喷涂成膜技术将TiO_(2)/MnO_(2)催化剂负载于平板式陶瓷膜表面,研制成反应性陶瓷膜(TiO_(2)/MnO_(2)-CM),自制了配套膜反应器,研究了TiO_(2)/MnO_(2)-CM水处理系统对RhB降解去除效果和水通量变化规律.结果表明,本工作成功合成了棒状和不规整球状结合的TiO_(2)/MnO_(2)催化剂,XPS结果表明存在Mn^(4+)活性中心,促进了催化臭氧活化能力.喷涂TiO_(2)/MnO_(2)催化剂后,陶瓷膜的纯水通量略有下降,12层为适宜的喷涂层数,采用TiO_(2)/MnO_(2)-CM对2 L初始浓度为20 mg·L^(−1)的RhB在臭氧浓度为2.5 g·m^(−3)条件下,反应40 min去除率可达100%,去除效率远高于空白膜,陶瓷膜负载TiO_(2)/MnO_(2)有助于提高O_(3)溶解性、加速生成·OH.本工作可为染料废水等难降解有机废水的高效低耗处理,提供新技术思路.