纳米ZnO光催化材料的掺杂改性研究进展

纳米ZnO光催化材料的研究进展迅速,其光催化性能已接近或超过商业生产中用到的TiO_2材料(Degussa P25),而且它相比TiO_2材料更易于掺杂、更易刻蚀、在等离子体中稳定性好,未来有望在水污染治理和环境保护领域取代TiO_2光催化剂。概述了纳米ZnO光催化材料的制备、性能和掺杂改性研究进展,对纳米ZnO光催化材料的研究趋势进行了展望。     

氧化钆掺杂二氧化钛催化超声降解甲基橙的研究

用实验室合成的Gd2O3掺杂TiO2为催化剂,以甲基橙超声降解反应为模型,研究了各种因素对Gd2O3掺杂TiO2催化超声降解甲基橙的影响。研究结果表明,Gd2O3掺杂TiO2催化超声降解甲基橙的效果明显优于非掺杂的锐钛矿型TiO2的情况;在甲基橙溶液pH1．0～3．0、甲基橙质量浓度20mg／L、溶液用量100mL、催化剂用量0．5～1．0g／L的条件下,用输出功率1．0W／cm^2和频率25kHz的超声波照射60min,甲基橙降解率可达98．6％,COD去除率可达99．0％。     

TiO2光催化剂的改性研究

采用浸渍法制备了掺杂Fe3+ ,用NH4 Cl提高单分散性并且用稀H2 SO4 表面修饰的TiO2 粉体光催化剂 ,考察了它与TiO2 在紫外光和日光作用下对直接耐晒黑G的降解效果。结果表明 ,以TiO2 干凝胶为母体 ,依次浸渍Fe3+ 、NH+ 4以及SO2 - 4所制备的粉体光催化剂Fe3+ /SO2 - 4/TiO2 在紫外光作用下降解效果比纯TiO2 高 2 .1倍 ,在日光作用下比TiO2 高 1 .9倍。X射线衍射分析表明 ,该法制备的TiO2 粉体中锐钛矿相占 1 0 0 % ,没有金红石相 ,平均晶粒粒径为 4nm ;红外吸收光谱分析表明 ,无论是纯TiO2 还是经过掺杂Fe3+ 、用H2 SO4 进行表面修饰后的TiO2 ,红外吸收光谱图基本相似 ,说明掺杂和表面修饰并没有极大地改变TiO2 的化学结构 ,光催化性能的提高归属于杂质能级的电子捕获陷阱作用、有效光成分增加和光生电子向反应物的迅速转移     

溶胶-凝胶法制备稀土Gd掺杂SnO2电催化电极的实验研究

本实验采用溶胶-凝胶法,以无机盐SnCl4·5H2O、Sb2O3、Gd(NO3)3为前驱体,制备稀土(Gd)掺杂Sn、Sb溶胶,以钛电极为基材利用该溶胶制备稀土(Gd)掺杂SnO2涂层电极.优化了溶胶-凝胶法制备稀土Gd掺杂SnO2涂层电极的实验条件,研究了在不同加水量、柠檬酸量、pH值等条件下所制备的电极以苯酚为目标有机物的电化学降解特性,对所获得的电极进行了TOC测试及SEM、XRD和XPS等表征,分析并讨论了稀土掺杂对SnO2电极性能的影响机理.结果表明,溶胶-凝胶法制备稀土掺杂SnO2涂层电极是可行的,稀土Gd的掺杂有利于SnO2电极电催化性能的提高,而且不同的加水量、柠檬酸量、pH值对电极性能有一定的影响.本实验条件下,加水量(水与前驱体总量摩尔比)R为36、柠檬酸加入量(柠檬酸与前驱体总量之摩尔比)N为1.0、溶胶pH值为2时所制备的电极降解效果最好,电极最稳定.所获得的电极为纳米涂层电极,其表面涂层中SnO2、Gd2O3等催化活性物质的含量均较高,对苯酚的降解有较好的效果.     

N掺杂TiO2可见光催化降解有机物机理研究

实验研究了掺杂N的TiO2光催化剂在可见光下对有机物的降解机理,研究方法有:加入自由基俘获剂探索对反应速率的影响、有机物降解过程TOC与脱色比较,化学探针法测定了实验中存在的HO.。结果表明,有机物在脱色的同时苯环也在断裂,说明有机物的降解是受无选择性的氧化剂攻击而完成;除亚甲基蓝以外,加入自由基俘获剂对可见光反应速率均有抑制现象,证明自由基的攻击是有机物可见光催化降解的主要途径。分别以二甲基亚砜和水杨酸为分子探针,实验结果证明了光催化反应系统中存在HO.物种,前者与HO.反应形成特定的偶氮结构有机物在425 nm处有吸收,后者与HO.反应生成2,3-二羟基苯甲酸和2,5-二羟基苯甲酸。亚甲基蓝、苯酚和水杨酸经5 h的可见光催化降解后,其TOC分别降低了62.8%、78.9%和96.0%,说明掺杂N的TiO2有较强的可见光催化降解有机物能力。     

化学还原氧化石墨烯修饰PbO2电极及催化降解酸性红G

为了提高Ti/PbO₂电极的稳定性与催化氧化能力,将化学还原氧化石墨烯（RGO）以共沉积的方法修饰于β-PbO₂层.通过扫描电镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）,循环伏安法（CV）,电化学交流阻抗（EIS）,产羟基自由基（·OH）能力,强化寿命等测试方法对电极性能进行表征,并以酸性红G（ARG）为目标降解物,评估PbO₂-RGO电极的催化效果.结果表明,电极经RGO改性后晶型仍为β-PbO₂,析氧过电位由1.60V升至1.83V,膜阻抗由144 Ω/cm²降至16.2 Ω/cm²,强化寿命提升了43.6%.通过ARG降解实验表明,改性后的PbO₂-RGO电极催化性能均有所提高,其中PbO₂-RGO（0.05）电极具有最优的催化能力,120min内对ARG的脱色率可达到98.5%,同时对COD的去除率可达76.89%.     

Sm2(Zr1-xTix)2O7陶瓷材料的结构及热物理性能

目的研究氧化物TiO_2 B位掺杂对Sm_2Zr2O_7陶瓷材料的结构及热物理性能的影响。方法以Sm_2O_3、ZrO_2、TiO_2为原料,通过高温固相合成法制备用过渡金属氧化物TiO_2掺杂Sm_2Zr2O_7的Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7(x=0,0.2,0.4,x为摩尔分数)陶瓷材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)研究陶瓷材料的物相结构以及显微形貌,利用阿基米德原理测定陶瓷材料的体积密度。根据Neumann-Kopp定律计算材料热容,采用高温热膨胀仪及激光导热仪对材料的热膨胀性能和热导率进行表征。结果 Sm_2(Zr_(1-x)Ti_x)_2O_7体系陶瓷材料为立方烧绿石结构,显微结构致密,晶界清晰。Sm_2Zr2O_7掺杂小离子半径Ti~(4+)使其热膨胀系数有所提高,热扩散系数降低,并在高温下表现出类似于玻璃的超低热导率。800℃时,Sm_2Zr_(1.6)Ti_(0.4)O_7的热导率为1.29 W/(m·K),平均热膨胀系数达到10.6×10~(-6) K~(-1)。结论由于基质原子与取代原子之间的原子量差随Ti掺杂量的增加而逐渐降低,其热导率随Ti掺杂量增加而升高。     

Synergistic effect of N- and F-codoping on the structure and photocatalytic performance of TiO2

Three types of TiO₂ nanostructures were synthesized via a facile hydrolysis method at 195 ℃. Effects of the preparation method and doping with N and F on the crystal structure and photocatalytic performance of TiO₂ were investigated. The nanomaterials were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Brunauer-Emmett-Teller porosimetry, ultraviolet-visible diffuse reflectance spectroscopy and fluorescent emission spectra. Their photo-catalytic activity was examined by the photodegradation of methylene blue in aqueous solution under both ultra-violet and visible light irradiation. The results show that nitrogen and fluorine co-doped anatase TiO₂ had the characteristics of a smaller crystalline size, broader light absorption spectrum and lower charge recombination than pure TiO₂. Most importantly, more efficient photocatalytic activity under both ultra-violet and visible light was observed. The obtained N-F-TiO₂ nanomaterial shows considerable potential for water treatment under sunlight irradiation.     

Synergistic effect of N-and F-codoping on the structure and photocatalytic performance of TiO2

Three types of Ti O2 nanostructures were synthesized via a facile hydrolysis method at195 °C. Effects of the preparation method and doping with N and F on the crystal structure and photocatalytic performance of Ti O2 were investigated. The nanomaterials were characterized by X-ray diffraction, transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, Brunauer–Emmett–Teller porosimetry, ultraviolet–visible diffuse reflectance spectroscopy and fluorescent emission spectra. Their photo-catalytic activity was examined by the photodegradation of methylene blue in aqueous solution under both ultra-violet and visible light irradiation. The results show that nitrogen and fluorine co-doped anatase Ti O2 had the characteristics of a smaller crystalline size, broader light absorption spectrum and lower charge recombination than pure Ti O2. Most importantly, more efficient photocatalytic activity under both ultra-violet and visible light was observed. The obtained N–F-Ti O2 nanomaterial shows considerable potential for water treatment under sunlight irradiation.     

自制Cu-Bi2WO6的表征及其对苯酚的光催化降解

采用水热反应法制备Cu改性的Bi2WO6催化剂(Cu-Bi2WO6).采用XRD仪和紫外-可见光漫反射吸收光谱仪对自制Cu-Bi2WO6的结构进行了表征.考察了光催化降解工艺对Cu-Bi2WO6在可见光下催化氧化降解苯酚效果的影响.实验结果表明:自制Cu-Bi2WO6的吸收边带出现了明显红移,对可见光的利用率较Bi2WO6强;当水热反应pH为0.6时,Cu-Bi2WO6的光催化性能最好;在空气通入量为250 mL/min、Cu-Bi2WO6加入量为1.0 mg/L的条件下,光照反应210 min后苯酚降解率可达92.0％.