Y-TiO_2光催化剂的制备与性能研究

以硝酸钇和钛酸四丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了Y-TiO2光催化剂粉体。以XRD、DSCTGA、FT-Raman、UV-Vis、PL等手段对样品进行表征,研究了不同制备条件对样品性能的影响,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,研究了其光催化性能。结果表明,钇掺杂可以减缓样品由锐钛矿相向金红石相的转变,拓展了TiO2在可见光区的光谱响应范围,降低了光生电子和空穴的复合几率;当Y∶TiO2的摩尔比为0.6%,500℃条件下焙烧4h制备的样品催化性能最好,在普通日光灯下3h内对MB的降解率达97.32%,显著高于同等实验条件下的Degussa P25(58.62%)。

Y-TiO_2光催化降解高效氟氯氰菊酯和p,p’-DDE

采用溶胶-凝胶法制备钇掺杂TiO2光催化剂,经FT-IR、XRD表征,表明粉体为锐钛矿,晶粒尺寸为8.8nm.在9W日光灯照射下,Y-TiO2催化降解高效氟氯氰菊酯和p,p’-DDE,光催化降解试验发现75min后高效氟氯氰菊酯和p,p’-DDE的降解率分别为83%和75%.

Mn-Y/TiO_2低温NH_3选择性催化还原NO性能研究

研究了稀土金属Y掺杂Mn/TiO2催化剂的低温NH3选择性催化还原NO性能。采用溶胶凝胶法制备Y掺杂的TiO2载体,负载前驱体硝酸锰构成了Y掺杂的Mn-Y/TiO2催化剂。考察Y的掺杂量,操作条件如反应温度、氧含量、进口NO浓度和空速等因素对其催化还原NO性能的影响。结果表明,Y与Ti的最佳摩尔比为1.5%,X射线衍射(X-raydiffraction,XRD)分析Y掺杂抑制了锐钛矿晶相的转移,有利于催化剂比表面积增大,从而提高催化剂的活性;在反应温度180℃、空速14000h-1、氧含量为3%、NO浓度0.06%及体积比φ(NH3)/φ(NO)为1的条件下,Mn负载量为5%,焙烧温度500℃下制备的MnTiY催化剂对NO的转化率达到93.5%。

阳极氧化法制备Y型TiO_2纳米管

在含有质量分数为0.5%的NH4F和体积分数为5%的H2O的乙二醇混合溶液中,采用三步阳极氧化法制备了表面形貌高度有序的Y型TiO2纳米管阵列。讨论了钛片预处理过程对优化TiO2纳米管阵列表面形貌的影响以及采用升温法制备Y型TiO2纳米管的内在机理,并在较宽的温度范围内(20～60℃)对钛片进行阳极氧化。实验结果表明当阳极氧化第三步的电解液温度设置在40℃以上时,Y型TiO2纳米管阵列的顶端将出现环状纳米线、管壁破裂以及管长减小等现象,不利于保证Y型TiO2纳米管阵列的整体质量。因此,30～40℃是选取阳极氧化第三步温度的理想范围。

微量TiO_2对Ni/SiO_2催化剂催化顺酐加氢制γ-丁内酯的促进作用

采用等体积浸渍法分别制备了Ni/SiO2和含TiO2的Ni/SiO2催化剂,采用XRD、TPR、XPS、N2吸附-脱附技术对催化剂进行了表征,并将催化剂应用于顺酐液相加氢制γ-丁内酯反应中,考察了Ni含量、TiO2添加量、催化剂还原温度对催化剂活性的影响。结果表明,Ni/SiO2催化剂对顺酐液相加氢制γ-丁内酯反应具有很高的催化活性,γ-丁内酯选择性很高;Ni/SiO2添加微量助剂TiO2,可以提高该反应的γ-丁内酯选择性。推测可能是由于TiO2促进了催化剂的还原,产生更多的活性中心,并且在400℃还原时,Ni和TiO2之间产生了强金属-载体相互作用(SMSI效应),TiO2富集到Ni的表面,将电子转移到Ni上,产生了更多有利于吸附羰基的活性中心,从而提高了γ-丁内酯选择性。

石墨烯修饰Y型TiO_2纳米管光电极制备及其对氨氮催化氧化性能

采用三步阳极氧化法和一步循环伏安电沉积法制备了还原氧化石墨烯(rGO)修饰的Y型TiO_2纳米管(rGO/Y-TiO_2NTs)电极。通过场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及拉曼光谱(Raman)等对电极样品进行了表征。以rGO/Y-TiO_2NTs电极为光阳极,测试了不同循环伏安沉积圈数对电极光电流响应的影响,考察了在1.0 V偏压下电极对氨氮的光电催化氧化性能。结果表明,高度有序的Y-TiO_2NTs为锐钛矿型,具有大的比表面积,表面修饰平滑透明rGO薄膜后可显著提高其光电催化效率,沉积圈数为30时电极在30 min内对氨氮的光电催化氧化效率为95.9%。

SO_2和H_2O对Y掺杂Mn/TiO_2选择性脱除NO的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Y掺杂的TiO2载体,负载硝酸锰构成了Y掺杂的Mn-Y/TiO2催化剂。考察了焙烧温度、空速对其催化还原NO性能的影响,并对催化剂的抗SO2、H2O毒化性能进行了考察。结果表明,催化剂的最佳焙烧温度为500℃,催化剂的活性随空速的降低而升高,XRD分析Y掺杂抑制了锐钛矿晶相的转移,有利于催化剂活性组分的分散,从而提高催化剂的活性。Mn-Y/TiO2的抗毒化性能优于Mn/TiO2,在反应温度180℃、空速14000 h-1、氧含量为3%、NO浓度600?L/L及NH3/NO为1的条件下,同时通入200 L/L SO2和4%H2O,NO转化率从非掺杂的Mn/TiO2的48.2%上升到57.6%,Y掺杂提高了催化剂的抗毒化能力;FTIR分析表明催化剂中毒是由于生成了铵的硫酸盐或者锰、钇的硫酸盐。

Y-N-TiO_2/凹凸棒土光催化剂制备及性能研究

以钛酸丁酯为钛源、硝酸钇和二乙醇胺为改性剂原料,凹凸棒土为载体,采用溶胶-凝胶法制备了凹凸棒土负载的Y-N-TiO_2/凹凸棒土光催化剂,通过IR和XRD对其结构进行表征。考察了焙烧温度、催化剂用量、溶液pH值、光照条件等因素对光催化剂降解诺氟沙星性能的影响。结果表明,Y、N掺入了TiO_2晶格,其中部分TiO_2进入了催化剂载体凹凸棒土的层间并通过化学键与其成功复合。500℃焙烧的催化剂中锐钛矿型TiO_2比例相对较高,表现出最优的光催化活性,当催化剂用量为2g/L,溶液pH值为6,在可见光或太阳光下反应2h后,该催化剂对25mg/L的诺氟沙星降解率分别达89.6%和91.3%。此外,该催化剂易于回收,再生性良好。

基于第一性原理研究Y掺杂锐钛矿TiO2的磁光性质

建立了未掺杂和三种Y掺杂量的锐钛矿TiO2模型,基于第一性原理方法,对各个模型的形成能、磁性、电子结构及吸收光谱进行了计算.结果表明:掺入锐钛矿晶格的不同Y原子之间没有团簇趋势;Y掺杂量越大,实现掺杂所需的能量越高;Y掺杂的锐钛矿体系具有铁磁性,因而晶格中的自旋能级分裂效应能降低锐钛矿的带隙宽度,但当Y掺杂量升高时,这种影响显著减弱;随着Y掺杂量增加,弱束缚的O-2p态电子浓度增加,导致价带顶的O-2p态跨越费米能级,使得带隙值减小,进而提高了改性锐钛矿TiO2对可见光的吸收系数.

伊红-Y敏化硫掺杂TiO_2的制备及可见光光解水制氢性能

采用溶胶-凝胶法制得光催化剂TiO2和硫掺杂光催化剂S／TiO2，用浸渍法制得Eosin Y染料敏化的光催化剂Eosin Y—TiO2和Eosin Y—S／TiO2。以可见光光催化分解水制氢为探针反应考察了催化剂的活性。通过XRD、UV—Vis漫反射对样品进行表征。发现伊红-Y的敏化扩展了TiO2和S／TiO2的可见光响应范围，使其在400—600nm有很强的吸收，而S掺杂TiO2后抑制了TiO2粒子的生长，提高了对染料Eosin Y的吸附，从而提高了TiO2催化剂的可见光活性。

Y^(3+)掺杂纳米TiO_2光催化机理研究

采用溶胶-凝胶法制备了Y3+掺杂的TiO2纳米粉体,以亚甲基蓝溶液为目标降解物,研究了掺杂纳米TiO2纳米粉体在紫外光作用下的光吸收和光催化性能。通过XRD、紫外-可见分光光度计、UV-Vis等测试技术对样品的相组成、晶型和粒径尺寸等进行了表征。结果表明,经520℃热处理的Y3+掺杂的TiO2粉体,结晶完整,主晶相为锐钛矿型,平均粒径约为20 nm;掺杂使TiO2吸收带发生红移,光催化性能增强;掺杂体系的最佳量为n(Y3+)∶n(TiO2)=0.2%。此掺杂量的TiO2粉体对亚甲基蓝有良好的降解效果,反应2 h降解效果达90.68%,优于同等条件下制备的未掺杂的纯TiO2粉体。该样品光催化效果提高的原因是Y3+进入TiO2的晶格,引起了晶格的畸变使得掺杂样品紫外-可见吸收的吸收变发生了红移,提高光的利用率。

磁控反应溅射制备钇掺杂TiO_2薄膜的研究

采用混合靶直流磁控反应溅射法,在玻璃基体上溅射沉积了含有氧化钇的TiO2薄膜。X-射线光电子能谱分析结果表明,薄膜是由Y2O3和TiO2复合氧化物组成的。钇的存在会抑制薄膜中二氧化钛晶体的形成。薄膜的紫外可见光谱透射率略有下降,而反射率有所增加。钇的掺杂对二氧化钛薄膜的光催化活性起负作用,光催化降解甲基橙反应的活性随钇含量的增加而下降。

伊红Y敏化Pt负载(001)晶面占优TiO_2纳米片可见光催化制氢的研究

以钛酸四丁酯和HF为原料,通过水热法合成了含(001)高能面的TiO_2纳米片。光还原沉积法进行载铂,浸渍法使伊红Y(Eosin Y)负载在Pt-TiO_2表面,制得系列染料敏化的Eosin Y-Pt-TiO_2可见光光催化剂。所制备的催化剂通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)、比表面(BET)、荧光光谱(PL)和傅立叶红外光谱(FT-IR)等手段进行表征。实验表明,当Eosin Y浓度一定时,HF用量和载Pt量对催化剂的制氢活性有显著影响。当HF用量为3 mL时,Eosin Y敏化Pt负载(001)晶面占优TiO_2纳米片的可见光制氢活性是纯TiO_2纳米颗粒的2.1倍,这可能与TiO_2(001)面含量高和表面氟化有关;同时,当载Pt量仅为0.02%(质量分数)时,该催化剂也显示了相当高的可见光制氢活性。

钇掺杂TiO_2形态结构表征及光催化活性研究

以溶胶一凝胶法制备了钇（Y）掺杂的TiO2，采用SEM、EDS、BET、XRD等测试手段对其进行了表征．XRD分析结果表明钇掺杂的TiO2具有锐钛矿型结构；SEM观察发现该催化剂表面有大量孔，平均粒径为10～20nm；EDS测试表明Y在TiO2中分布均匀；BET测试结果表明掺杂钇后，催化剂比表面积由原来的49．03m^2／g增加到99．43m^2／g；通过对甲基橙的光催化降解测试证明Y掺杂的TiO2的催化效率比纯TiO2有很大提高，90min时降解率达到85％，比纯TiO2降解效率提高40％．实验还表明Y掺杂的TiO2对可见光的响应活性比纯TiO2有一定提高．

伊红-Y敏化TiO_2/SiO_2催化剂的制备及可见光制氢性能

采用溶胶-凝胶法和浸渍法制得了EosinY染料敏化光催化剂EosinY-TiO2和EosinY-TiO2/SiO2,以可见光分解水制氢考察了催化剂活性,通过XRD、UV-Vis漫反射、BET和电化学对样品进行了表征。结果表明,伊红-Y敏化使TiO2对400～600nm可见光有强吸收。SiO2复合抑制了TiO2的相转变和晶粒生长,提高了TiO2对染料的吸附和对可见光的吸收,促进了光生电子和空穴的分离,提高了TiO2光催化活性和稳定性。

负载型海泡石/TiO_2光催化剂的敏化及对结晶紫的降解研究

采用水热-粉体烧结法制备海泡石/TiO2催化剂,然后用敏化剂曙红Y对制备的光催化剂进行敏化,通过对结晶紫溶液降解脱色试验,检验了敏化样品的光催化性。结果表明,敏化过的海泡石/TiO2样品对结晶紫的脱色率较未敏化的海泡石/TiO2提高了14%;且敏化样品对结晶紫的脱色率与样品加入量和作用时间有很大关系,而与干燥温度关系甚微。

微波助离子液体中Y掺杂TiO_2光催化剂制备及微波强化光催化活性

在微波助离子液体介质中制备稀土元素Y掺杂改性TiO_2光催化剂,以提高催化剂的光催化降解活性,用XRD、SEM和BET等测试手段对催化剂结构进行表征;以甲基橙溶液和苯酚溶液为模拟污染物,分别在紫外光照(UV)和微波辐射-紫外光照(MW-UV)条件下考察TiO_2-Y催化剂的光催化活性;以对苯二甲酸作为荧光探针利用荧光技术检测TiO_2-Y催化剂表面所产生的羟基自由基,并对光催化降解反应进行动力学分析,探索了光催化降解反应机理.实验结果表明,通过优化反应条件后制得的TiO_2-Y催化剂具有较高光催化活性和热稳定性,在UV和UV-MW条件下降解甲基橙和苯酚溶液1.5h后,甲基橙降解率分别为98.3%和99.5%,苯酚降解率分别为97.5%和98.2%.荧光光谱分析表明,TiO_2-Y在MW-UV条件下产生的羟基自由基比UV条件下要多,因而微波辐照具有强化TiO_2-Y降解模拟污染物的作用;反应动力学数据分析表明,TiO_2-Y光催化降解甲基橙溶液反应呈现一级反应动力学规律,其表观速率常数K最大值为0.051 9min-1.

TiO_2/Eu^(3+),Y^(3+)下转换薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/Eu3+,Y3+下转换薄膜,将其应用到染料敏化太阳能电池中,利用其下转换特性将紫外光转换为可见光,提高了电池的可见光照强度.利用X射线衍射和荧光光谱对TiO2/Eu3+,Y3+粉体进行表征,利用荧光光谱和紫外-可见分光光度计对TiO2/Eu3+,Y3+下转换薄膜进行测试,荧光光谱显示,下转换薄膜受到396nm紫外光照射时可发射出535~620nm连续波长的可见光,具有下转换功能特性.与TiO2薄膜相比,二层下转换薄膜仍能保持较高的可见光透过率.当稀土元素总掺量为4%时,利用下转换特性使短路电流提高了21.5%,光电转换效率提高了14.1%.

自制改性A-TiO_2对曙红Y废水的紫外光催化降解

对用水热法自制的掺Fe3+改性TiO_2进行了X射线衍射(XRD)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)的表征,考察在紫外光照射下用自制TiO_2催化降解曙红Y的效果,研究了曙红Y初始浓度、改性TiO_2用量、掺Fe3+量、光照时间和底物溶液初始pH值等条件对降解的影响和自制TiO_2对曙红Y的暗吸附性能。结果表明,自制改性TiO_2为单纯锐钛矿型晶体(即A-TiO_2);FTIR分析结果中3 400cm-1和1 637cm-1的吸收峰表明试样中含大量-OH,预计它有较好的光催化活性。在质量浓度为15mg/L的曙红Y溶液(pH=4)中,加入掺5%(摩尔分数)Fe3+的自制A-TiO_2粉末,其用量为2g/L,室温(T=16℃)下紫外光(λ=254nm)照射反应35min,曙红Y的最大降解率达到93.57%。于上述优化条件下进行暗吸附研究发现,16min达到暗吸附平衡,自制改性TiO_2对曙红Y的吸附量为1.69mg/g。曙红Y的降解率与吸附率基本成正比。

B/Y^(3+)共掺杂纳米TiO_2催化剂的制备及其降解甲醛的光催化性能评价

为了提高室内环境空气质量,本论文开展了光催化剂制备的研究。本论文采用溶胶-凝胶法制备B/Y3+共掺杂TiO2复合光催化材料,以甲醛为降解物质,在紫外和可见光下分别研究了复合催化剂的光催化活性,对不同掺杂对光催化活性的影响、光催化剂的稳定性进行了分析。B/Y3+共掺杂TiO2复合光催化材料大大提高了催化剂的活性,对甲醛降解有较高的效率。