上转光剂掺杂新型纳米TiO2催化剂的制备及利用可见光降解反应艳蓝KN-R染料的研究

合成了一种新型含有稀土金属Er的上转光剂,40CdF2·60BaF2·0.8Er2O3,此上转光剂在488 nm可见光的激发下,产生了5个波长均小于387 nm的上转换紫外发射峰.采用超声波分散的方法制备出了上转光剂掺杂的纳米TiO2可见光光催化剂.采用X射线衍射(XRD)及透射电镜(TEM)对催化剂进行了表征.以反应艳蓝KN-R为研究对象,研究了在(三基色灯下发出的)可见光的照射下该可见光光催化剂的催化降解性能,并与未掺杂纳米TiO2粉末的催化剂性能进行了对比.实验结果表明,作为掺杂成分的上转光剂可有效地将可见光转化为紫外光并被纳米TiO2粉末吸收利用,在可见光照射50 h后反应艳蓝KN-R降解率达74.36%,大大高于未掺杂纳米TiO2的降解率(23.10%).     

WC/TiO2纳米复合界面光催化剂制备及其光催化降解酚类污染物研究

设计并制备了新型WC/TiO2纳米复合界面光催化剂应用于酚类污染物的光催化降解反应中.采用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)技术分析了WC/TiO2纳米复合界面光催化剂的晶型和表面形貌.结果显示锐钛矿型TiO2纳米颗粒均匀地分散在WC纳米球表面并很好地构筑了WC/TiO2界面.研究了不同WC负载比例的WC/TiO2光催化剂在模拟太阳光照射下降解苯酚的光催化性能.结果表明:WC/TiO2复合界面的形成可以有效地提高TiO2光催化降解性能;其中,3%WC/TiO2(质量分数)光催化降解苯酚的活性最高.利用紫外-可见光谱(UV-Vis)和高效液相色谱-质谱联用技术(HPLC-MS)分析了WC/TiO2纳米复合界面光催化剂降解苯酚的中间产物,提出了苯酚在WC/TiO2界面上可能的降解机理.     

不同煅烧温度制备的Mn、N掺杂TiO2光催化性能研究

以MnSO4·H2O为锰源,尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法制备不同锻烧温度的纯TiO2、Mn-TiO2及Mn-N-TiO2光催化剂,利用X射线衍射、紫外-可见光漫反射光谱及电子自旋共振等技术对样品形貌和结构进行表征,并以罗丹明B的光催化降解为模型反应,考察不同锻烧温度对其光催化活性的影响.结果表明,Mn、N成功掺入TiO2后,有利于提高光催化剂的热稳定性,抑制锐钛矿相向金红石相转化,且光吸收拓展到可见光区域.Mn、N共掺杂样品比单Mn掺杂样品具有更高的光催化活性,400℃下锻烧的Mn-N-TiO2在可见光下对罗丹明B的降解具有最高的光催化活性,光照2h降解率达到100%.高温锻烧Mn-N-TiO2和Mn-TiO2样品在紫外光照射30min后对罗丹明B的降解率在90%以上.     

降解空气有机污染物纳米涂料的初步研究

用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和掺杂改性TiO2纳米溶胶涂料,并用浸-拉法把此纳米涂料涂覆于基体表面。掺杂改性与未改性TiO2纳米溶胶涂料的结构用X射线衍射仪(XRD)进行了分析,纳米表面形貌用透射电子显微镜(TEM)进行了观测,并进行了在可见光下降解丙酮的实验研究。实验结果表明:掺杂适量的Ce离子对TiO2进行改性,制备的纳米涂料能够一定程度上在可见光下降解空气污染物。     

氮掺杂型纳米TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能研究

采用钛酸四丁酯为原料,以氨水水解-沉淀法制备出了氮掺杂型纳米TiO2催化剂(N/TiO2),以XRD、XPS、UV-Vis等手段对其进行表征;并通过对偶氮染料橙黄G的降解反应,研究了N/TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能,探讨了pH值、外加H2O2氧化剂对光催化降解率的影响,并与P25型纳米TiO2进行了对比.结果表明,在可见光下,N/TiO2对橙黄G具有较高的催化活性,反应150min后降解率可达96.29%,显著高于P25型TiO2(42.55%);在太阳光下,N/TiO2对橙黄G的光催化降解速率较快,反应60min降解率与P25型TiO2基本相同,分别为99.37%、99.94%;较低的pH值环境并适量添加H2O2可显著提高N/TiO2催化效率,在可见光及太阳光下的最佳pH值均为2～3,最佳H2O2加入量分别为0.5mL·L-1、1.5 mL·L-1.     

N掺杂TiO_2纳米材料可见光催化性能及其降解水中腐殖酸

以钛酸丁酯为钛源,氯化铵为氮源,采用溶胶-凝胶法制备不同掺N量的N-TiO_2,经扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、傅里叶变换红外(FT-IR)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)手段对制得的纳米材料进行可见光催化性能表征,在可见光照射下催化降解水中腐殖酸(HA),并探究掺N量、投加量及HA初始浓度对降解效果的影响。结果表明,N-TiO_2为锐钛矿相,N掺杂后拓宽了TiO_2光响应范围,可见光催化性能显著提升;掺N量过低或过高均不利于光催化活性;8%-N-TiO_2的投加量为1 mg/L时,对初始浓度为5 mg/L的HA可见光催化降解程度最高,可见光反应140 min后,降解率达80.32%。     

纳米TiN制备可见光活性TiO_2光催化剂的研究

在O2/N2混合气氛中煅烧TiN纳米粒子,制备出了一种响应可见光的氮掺杂TiO2光催化剂(TiO2-xNx)。紫外-可见吸收光谱表明,该光催化剂在可见光区具有明显的吸收。该光催化剂的XRD图谱表明,TiO2-xNx的晶型为锐钛矿相和金红石相的混合相。甲基橙溶液的降解实验结果表明,在O2/N2比例为1∶15(体积比),通氧时间为15 min,煅烧温度为650°C时,制得的催化剂活性最高。     

超声-Cd~(2+)/N共掺杂TiO_2可见光催化降解苯酚研究

以钛酸丁酯为原料,用溶胶-凝胶法合成Cd~(2+)/N共掺杂的二氧化钛,采用X光衍射仪对其粉体的物相进行了表征。进而研究此合成掺杂光催化剂在US(超声波)/Vis(可见光)下降解水中苯酚的降解效果,结果表明,在Cd~(2+)、N共掺杂的二氧化钛作为催化剂的情况下,可见光光催化降解苯酚有一定的效果;超声波的加入能够明显提高可见光光催化降解苯酚的降解率。     

纳米TiO_2纤维的制备及其光催化降解甲醛研究

以胶原纤维为模板制备纳米TiO2纤维用于光助催化降解甲醛气体,用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和N2吸附-脱附技术对纳米TiO2纤维进行了表征。结果表明,纳米TiO2纤维的比表面积为11.33 m2/g,晶型为锐钛矿型。在相同催化反应条件下纳米TiO2纤维对甲醛气体的催化降解率与商品纳米TiO(2Degussa P25)催化剂相当。纳米TiO2纤维的用量、甲醛气体初始浓度是影响催化效果的两个因素。当甲醛气体初始浓度为0.270 mg/m3,相对湿度为38%,气体流速0.1 L/min,纳米TiO2纤维用量为1.0 g时,甲醛的降解率达到96%。因此,纳米TiO2纤维可用于室内甲醛气体的催化降解。     

氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO2)的制备及可见光催化活性的研究

以氨水为氮源,氢氟酸为氟源,采用溶胶-凝胶法制备了氮氟掺杂二氧化钛(N,F-TiO2)光催化剂,并通过X-射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)技术对其晶型和形态进行表征.最后以酸性红B为模型污染物,探讨了N和F加入量、焙烧温度、焙烧时间、照射时间、催化剂用量、溶液初始浓度和照射功率等因素对N,F-TiO2可见光催化活性的影响.结果表明,制备的N,F-TiO2以锐钛型为主,N和F的掺杂对TiO2的晶相没有明显改变,但可以扩大TiO2的可见光响应范围.当N和F的加入量均为2.0%,且在500℃下焙烧40 min时,得到的N,F-TiO2的可见光催化活性明显高于单N或单F掺杂的TiO2(N-TiO2或F-TiO2).对于50 mL浓度为10.0 mg·L-1的酸性红B溶液,当催化剂加入量为1.5 g·L-1,128W光照3.0 h,溶液pH=5.6时,去除率为85.40%.适当延长光照时间至4.0 h,降解率几乎可达100%.另外,研究还证明了N,F-TiO2催化可见光降解过程中有.OH自由基生成.     

低温燃烧合成纳米Ni掺杂TiO2光催化剂的表征及活性研究

采用低温燃烧合成法制备了Ni掺杂TiO₂光催化剂,通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、X射线粉末衍射(XRD)、激光散射、热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)等方法对催化剂的光吸收特性、晶相组成、粒度分布、升温过程中化学变化等进行了表征,以亚甲基蓝为模型污染物考察了催化剂在可见光下的光催化活性.结果表明,相对P25而言,Ni掺杂TiO₂的光吸收带边红移,当Ni/Ti原子比为0.4时,催化剂的带隙宽度为2.3eV,对应的吸收带边为564nm;催化剂晶型以锐钛矿TiO₂为主,随Ni掺杂量增大,NiTiO₃比例升高;催化剂粒径主要分布在50～150nm之间,占总量的96.9%;升温过程中催化剂在445.2℃发生晶型转化,出现锐钛矿和NiTiO₃晶体.催化剂显示出较高的催化活性,在可见光作用150min后最高可使93.9%的亚甲基蓝分解,活性高于P25.     

复合材料BiOI/BiOCl的制备及可见光催化降解活性艳红X-3B

以乙二醇为溶剂,利用溶剂热方法制备了不同I/Cl比的BiOI/BiOCl可见光催化材料.同时,采用X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和光致荧光光谱(PL)对所制备材料的晶相、元素价态和光学性质等进行了表征,并以活性艳红X-3B为目标化合物,研究了不同I/Cl比对X-3B光催化降解动力学的影响.分析结果表明,BiOI和BiOCl能够得到很好的复合,在可见光范围内有很好的吸收.降解实验结果表明,I/Cl摩尔比为9∶1时,复合材料对X-3B的可见光降解效率最高,一级反应动力学速率为0.0133 min-1;TOC和COD在3 h内分别降低28%和25%左右,证明能够对所选目标染料在一定程度上实现矿化;在光催化降解活性艳红X-3B过程中起主要作用的为光生空穴.此外,还对复合材料光催化性能提高机理进行了探索与推测.     

Visible light responsive N-F-codoped TiO2 photocatalysts for the degradation of 4-chlorophenol

Visible light responsive N-F-codoped TiO₂ photocatalysts exhibit a higher catalytic activity than N-doped TiO₂ for the degradation of 4-chlorophenol due to the synergistic effect of nonmetal elements.     

焙烧条件对热聚合法制备石墨相氮化碳光催化性能的影响及其机理

以三聚氰胺、硝酸为原料,采用热聚合法制备石墨相氮化碳（g-C₃N₄）,研究了不同焙烧温度对石墨相氮化碳光催化性能的影响。利用扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱仪（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-Vis DRS）以及光致发光光谱（PL）等技术对石墨相氮化碳样品的形貌、化学组成、晶体结构等理化性质进行表征,通过光催化降解实验探究石墨相氮化碳的催化活性。实验结果表明:当焙烧温度为550℃时,制备的石墨相氮化碳样品光催化性能最好。当催化剂投加量为0.04 g时,可见光照射50 min后,对50 mL浓度10 mg/L的罗丹明B（RhB）溶液的降解效率可达到91.7%。适宜的焙烧温度能够使光催化剂的光吸收能力增强,并促进光生电子（e-）和空穴（h+）分离。     

Preparations of TiO2 film coated on foam nickel substrate by sol-gel processes and its photocatalytic activity for degradation of acetaldehyde

Anatase TiO2 films were successfully prepared on foam nickel substrates by sol-gel technique using tetrabutyl titanate as precursor. The characteristics of the TiO2 films were investigated by XPS, XRD, FE-SEM, TEM and UV-Vis absorption spectra. The photocatalytic activities of TiO2 films were investigated by photocatalytic degradation reactions of gaseous acetaldehyde, an indoor pollutant, under ultraviolet light irradiation. It was found that Ni^2＋ doping into TiO2 films due to the foam nickel substrates resulted in the extension of absorption edges of TiO2 films from UV region to visible light region. The pre-heating for foam nickel substrates resulted in the formation of NiO layer, which prevented effectively the injection of photogenerated electrons from TiO2 films to metal nickel. The TiO2 films displayed high photocatalytic activity for the degradation of acetaldehyde, and were enhanced by calcining the substrates and coating TiO2 films repeatedly. The high activity was mainly attributed to the improvement of the characteristics of substrate surface and the increase of active sites on photocatalyst.     

表面包覆TiO_2材料的制备及光催化降解染料废水

以介孔硅基分子筛SBA-15为载体,采用溶胶-凝胶法在SBA-15分子筛表面包覆TiO_2。制备了不同TiO_2含量的链状二维六方形介孔复合材料。采用电子显微镜扫描仪、X射线衍射仪、傅立叶红外光谱、紫外-固体漫反射等技术对复合材料进行表征。SEM结果表明样品具有良好的包覆效果,UV-Vis光谱结果表明样品具有较好的光吸收能力。XRD结果表明复合材料表面包覆的TiO_2为锐钛矿和金红石的混合晶型,随载体用量的增加TiO_2的粒径逐渐减小。以光催化降解亚甲基蓝为目标,研究复合材料在煅烧温度、载体用量、底物溶液初始浓度等影响因素下的光催化效果。考察复合材料的再生光催化活性。研究表明:介孔TiO_2复合材料相比于市售P-25有较高的光催化活性。复合材料可进行回收利用,并且其介孔结构牢固不易崩塌。     

CuO-SnO_2纳米复合光催化剂的制备及其催化性能

文章用共沉淀法合成了铜锡复合氧化物光催化剂,并用X射线衍射(XRD),紫外-可见漫反射(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)方法对不同焙烧温度下制得的CuO-SnO2纳米复合氧化物的物相组成、晶粒尺寸及光学性质进行了表征。以酸性蓝62染料溶液为模拟废水,在氙灯(模拟日光)光照下,对CuO-SnO2纳米复合氧化物的光催化活性进行了评价,考察了焙烧温度,焙烧时间和活性组分配比对其催化活性的影响。结果表明:在500℃焙烧3h制得的CuO-SnO(2 Cu与Sn摩尔比1:1)纳米复合氧化物具有最高的光催化活性,同样条件下,其光催化活性比Degussa P25 TiO2提高约1.6倍。     

FeTiO3/TiO2纳米异质结的制备和可见光催化性能

采用水热法和溶胶凝胶法制备了新型FeTiO3/TiO2纳米异质结复合材料,并明确了最优的掺杂比例(0.5%).随后利用X射线衍射能谱(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等手段对该复合材料进行表征,证实了其结晶度、吸光度随掺杂量的规律性变化.电镜照片显示,该复合材料具有蓬松多孔的微观结构,且晶格条纹清晰、分散度高,有利于光电子的传导.对苯的降解实验表明,相比于纯TiO2,该催化剂的气相可见光催化能力大幅提高,降解率提升了3倍,达到40%,而CO2生成量提升了5倍,超过300 ppm.同时,电化学测试和电子顺磁共振谱(ESR)等均证实,FeTiO3的窄能带能够提高TiO2的光响应,实现可见光激发;而二者的能带相互匹配,有助于转移光生载流子,实现电子-空穴的高效分离,进而其光生电子和自由基生成能力大幅增强,因此,表现出了较强、较稳定的光催化活性.     

Synthesis of novel CeO2-BiVO4/FAC composites with enhanced visible-light photocatalytic properties

To utilize visible light more effectively in photocatalytic reactions, a fly ash cenosphere （FAC）-supported CeO2-BiV04 （CeO2-BiVO4/FAC） composite photocatalyst was prepared by modified metalorganic decomposition and impregnation methods. The physical and photophysical properties of the composite have been characterized by X-ray diffraction （XRD）, scanning electron microscope （SEM） and energy dispersive X-ray spectroscopy （EDX）, X-ray photoelectron spectroscopy （XPS）, and UV-Visible diffuse reflectance spectra. The XRD patterns exhibited characteristic diffraction peaks of both BiVO4 and Ce02 crystalline phases. The XPS results showed that Ce was present as both Ce4＋ and Ce3＋ oxidation states in Ce02 and dispersed on the surface of BiV04 to constitute a p-n heterojunction composite. The absorption threshold of the CeO2-BiVO4/FAC composite shifted to a longer wavelength in the UV-Vis absorption spectrum compared to the pure Ce02 and pure BiV04. The composites exhibited enhanced photocatalytic activity for Methylene Blue （MB） degradation under visible light irradiation. It was found that the 7.5 wt.% CeO2-BiVO4/FAC composite showed the highest photocatalytic activity for MB dye wastewater treatment.     

硼掺杂CeO2/TiO2光催化剂的制备及其活性研究

在三氯化钛和钛酸丁酯水解过程中引入硼酸、硝酸铈,制备了具有可见光活性的硼(B)掺杂CeO₂/TiO₂复合氧化物光催化剂,采用XRD、DRS、XPS等手段进行表征,以偶氮染料酸性红B为模型污染物评估了催化活性.结果表明,硝酸铈加入量影响催化剂的吸收带边,随用量增加,吸收带边红移至481nm(Ce/Ti=1.0,摩尔比),继续增加用量,吸收带边轻微蓝移.催化剂晶相组成与焙烧温度有关,500℃时焙烧样品主要由立方晶型CeO₂和锐钛矿TiO₂组成,焙烧温度高于700℃时,TiO₂转化为金红石型,CeO₂则无显著变化.随焙烧温度升高,催化剂吸收带边明显蓝移,综合考虑催化剂稳定性和太阳能利用,认为500℃焙烧较为合适.B1s XPS显示仅有少量B原子进入复合氧化物晶格取代了氧原子,主要以B₂O₃形式存在.酸性红B降解试验显示B掺杂CeO₂/TiO₂可以提高TiO₂的催化活性,紫外光辐射10min最高可使96.0%的酸性红B分解,且反应彻底,表现出较强的氧化能力,但Ce/Ti>0.5(摩尔比)时催化活性显著下降.