氢化黑二氧化钛-电气石复合可见光催化材料的制备及性能

为提高纳米TiO_(2)在可见光区的催化效率,以天然电气石、钛酸丁酯等为原料,应用溶胶-凝胶技术制备了纳米TiO_(2)-电气石复合光催化材料(T-T),然后通过高温氢化还原黑化法,制备了氢化黑T-T复合可见光催化材料。研究表明,氢化黑T-T复合可见光催化材料受到扫描电镜(SEM)的电子束轰击后能够捕获电子而发亮,保持了黑色电气石的天然电场特性,同时微观表面不平整,呈现阶梯层次状,且分布着不均匀的纳米孔。在模拟太阳光下的甲基橙催化降解实验中,以550℃氢化4 h所制得的氢化黑T-T复合可见光催化材料对甲基橙的光催化降解率可达到99.8%,反应体系的溶解氧含量峰值可达到8.017 mg/L。氢化黑T-T复合可见光催化材料在电气石天然电场的作用下,其光催化能力优于常规氢化黑TiO_(2)。

具有高光催化活性的黑色TiO_2(B)/锐钛矿双晶TiO_(2–x)纳米纤维（英文）

高效TiO2基光催化材料的开发一直是催化领域的研究热点,主要的策略是如何有效地分离光生载流子.制备多晶相的TiO2材料可引入异质/相结结构使电子与空穴朝不同方向移动,从而避免电子与空穴复合;另外,在TiO2中掺杂其他金属或非金属也可以有效地降低电子与空穴的复合率,掺杂的元素作为电子捕获阱俘获光生电子,以实现电子空穴的有效分离.近些年,作为一种全新的掺杂剂,氧空穴可以有效改善TiO2的光催化活性,所制TiO2具有可见光的全光谱吸收能力,因此该类TiO2呈现出黑色.通过上述方法均可以制备出高活性TiO2基光催化材料,如果能够将这些方法耦合一起,则可能制备出活性更高的光催化剂.因此,本文将异相结结构和空穴掺杂耦合起来,用多孔钛酸盐衍生物在H2中高温焙烧制得一种全新的黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维.不同于其他TiO2基光催化材料,该样品仅由Ti和O元素组成,通过Ti和O元素的组合,形成了双晶结构和空穴掺杂两种特殊的结构,借助场发射(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)等表征分析了样品的结构及其光催化性能间构效关系.FESEM结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x为长1–5mm、宽0.2mm的纤维结构,Raman结果表明,锐钛矿相在特征波段(140 cm–1左右)和TiO2(B)的特征波段(220–260 cm–1)均发生蓝移,说明该两相中均存在氧空穴;该样表面未检测到Ti3+,因此氧空穴可能分散在TiO2(B)和锐钛矿相的体相中.根据黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x和白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2的失重差,估算出前者的O/Ti原子比为1.97.光催化降解甲基橙实验结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x的光催化活性是白色双晶TiO2的4.2倍,锐钛矿TiO2的10.5倍,且连续反应10次后未出现失活现象,显示出了良好的光催化稳定性.前期,我们已经证明了白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2由于具有TiO2(B)和锐钛矿的异相结结构,致使其电子空穴有效地分离,从而表现出优异的光催化活性;本文的PL结果显示,由于氧空穴的引入,异相结与氧空穴两者共同作用,进一步促进了黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x电子与空穴的有效分离,因此黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x表现出高的光催化活性.由于其特殊的结构,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维将在环境与能源领域表现出良好的应用前景.

高性能黑色纳米二氧化钛材料研究（英文）

二氧化钛是最重要的光电半导体材料之一,纳米二氧化钛作为最重要的光催化剂所面临的巨大挑战是无法吸收可见光而导致太阳能利用效率低下.拓展二氧化钛的光谱响应范围是提高其太阳能利用效率的关键.最近发展的可以有效吸收可见光的黑色二氧化钛受到广泛关注,我们针对黑色纳米二氧化钛材料展开了一系列工作,发展出多种黑色二氧化钛材料的制备方法,获得了太阳能高吸收、高效光催化的材料.本文综合了我们的部分研究工作,概述了所制备黑色纳米二氧化钛的物化性质、制备方法及其应用,并提出了该材料的研究方向.

氮掺杂黑色二氧化钛用于高性能超级电容器

对于储能系统,同时实现高能量密度和高功率密度仍是一个巨大的挑战.电化学超级电容器通过表面吸附或表面氧化还原反应实现储能,是解决上述问题的潜在方法之一.本论文报道了一种新型高氮掺杂(9.29 at.%)黑色二氧化钛(TiO2-x:N)超级电容器电极材料.该材料具有独特的微观结构,由高导电的非晶壳层和一个纳米晶核组成.在酸性电解液中,该材料可以通过氮参与的氧化还原反应(TiO2-xNy+z H++ze■-TiO2-xNyHz)可逆地与质子结合实现能量的高效快速储存,实现极高的比电容(2 mV s-1扫速下容量高达750 F g-1,1 A g-1电流密度下容量可达707 F g-1)、高倍率特性(极高电流密度20 A g-1时容量仍可达503 F g-1)和长时间循环下的高稳定性.作为一种新型超级电容器电极材料,氮掺杂黑色二氧化钛或将引领金属氧化物型超级电容器的复兴.