非金属掺杂TiO2的可见光活性及机理研究进展

光催化剂TiO2因其大禁带宽度（E=3．2eV），致使不能有效地利用太阳能，因此研究开发可见光响应的TiO2就成为当前光催化剂研究的关键课题。非金属掺杂可使TiO2响应可见光，文章综述了各种非金属（N、S、P、C、B和卤素）掺杂TiO2光催化剂在可见光范围的响应、光催化性能以及它们可能的响应机理，提出了可见光响应型光催化剂现存的问题和发展方向。     

炉渣制光催化剂催化降解水中罗丹明B的研究

以废弃的钢铁冶炼炉渣为原料制备了光催化剂GN,并对其进行了X衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱、比表面积及孔径分布等物性测试,通过在三相内循环流化床光催化反应器中对罗丹明B废水进行处理,确定了GN的最佳光催化氧化条件.将GN与传统的光催化剂TiO2作比较,结果表明,GN不仅具备较高的光催化活性,而且成本更低,为钢铁冶炼炉渣的循环再利用提供了一种新思路,同时也为光催化氧化技术的工业化应用提供了一条新颖、经济、可行的途径.     

Ti02光催化剂的掺杂改性和固定化研究

纳米TiO2作为光催化剂,由于其化学性质稳定、无毒、价廉等优点,使得纳米TiO2光催化氧化技术在环境领域具有广阔的应用前景,而针对其对可见光利用率低,光生电子一空穴对易复合,在使用过程中回收难,光催化效率不高等问题,近年来科研人员致力于Ti02光催化剂的改性和固定化研究。本文介绍了掺杂改性的不同方法及负载技术的研究进展,其中包括贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂、共掺杂、表面光敏化、复合半导体等,并提出了TiO2光催化剂今后的研究方向及存在的问题。     

CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的制备及其光催化性能

利用高压静电纺丝技术,制得含羧基的导电聚合物纤维(聚偏氟乙烯/苯乙烯-马来酸酐共聚物/纳米石墨).水热条件下在纤维表面原位合成了纳米级的TiO2,再通过水热法在TiO2表面制备了微米级的球形CuO颗粒,得到CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料.运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)和热失重分析(TGA)对复合材料的结构与性能进行表征,并利用氙灯模拟太阳光进行光催化降解次甲基蓝实验.结果发现,CuO-TiO2/导电聚合物纤维复合材料的降解效率高于CuO-TiO2/非导电聚合物纤维、CuO-TiO2粉体和Degussa P25,光催化降解3.5h时,次甲基蓝的残留率为4.7％.     

TiO2-NB/pg-C3N4可见光催化降解17α-乙炔雌二醇的机理

通过煅烧自制的TiO₂纳米带（TiO₂-NB）和多孔氮化碳（pg-C₃N₄）制备出新型的TiO₂纳米带/多孔氮化碳（TiO₂-NB/pg-C₃N₄）光催化剂,优化了其制备条件,并用于可见光条件下催化降解雌激素活性最强的17α-乙炔雌二醇（EE2）.通过SEM、TEM、XRD、UV-vis DRS、PL、XPS和BET等手段对催化剂结构和表面物理化学性质进行表征和分析.结果表明,B型TiO₂纳米带均匀负载至多孔氮化碳薄片上,形成TiO₂-NB/pg-C₃N₄复合光催化剂.最优条件下制备的TiO₂-NB/pg-C₃N₄降解EE2的速率常数（0.02537min^-1）分别是TiO₂-NB （0.00197min^-1）和pg-C₃N₄（0.0077min^-1）的12.88倍和3.29倍.自由基捕获实验结果显示超氧自由基（·O₂^-）是TiO₂-NB/pg-C₃N₄可见光催化降解EE2的主要活性物种.HPLC-MS中间体检测结果显示,可能的降解中间体主要有4个,提出可能的降解途径,而且通过MCF-7雌激素活性测试法可知降解过程产物的雌激素活性基本消除.     

Ag-PANI/BiOI光催化剂湿法脱除气态单质汞

采用原位光还原和简易化学吸附法制备出新型的三元Ag负载聚苯胺/碘氧化铋（PANI/BiOI）系列光催化剂,在模拟烟气条件下考察了光催化剂的脱汞性能,研究了Ag负载量、反应温度和烟气成分等对脱汞活性的影响,采用N₂吸附-脱附、XRD、TEM、XPS、DRS等技术对光催化剂的物理化学属性进行表征.结果表明：添加PANI后,光催化剂的Hg⁰去除性能大幅提升.负载4wt%的Ag后,Ag（4%）PANI/Bi OI具有约98%的脱汞性能.无机阴离子NO₃^-、Cl^-和SO₄^2-对光催化剂脱汞性能的抑制作用较小,但CO₃^2-对光催化剂的活性抑制作用较大,脱汞效率明显下降至82%.与PANI/BiOI相比,Ag（4%）PANI/Bi OI的比表面积和总孔容增大,表明Ag纳米颗粒高度分散在PANI/Bi OI的表面.Ag-PANI/BiOI显示出较强的光吸收能力.Ag纳米颗粒的添加能显著增强PANI/Bi OI表面e^--h⁺对的有效分离.光催化剂高效脱汞的原因在于PANI、Bi OI之间良好的带隙匹配和Ag纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应.     

Fe_3O_4-xTiO_2复合光催化剂的制备及其对染料废水的处理效果

采用共沉淀法制备了复合光催化剂Fe_3O_4-xTiO_2。运用XRD、SEM、TEM和UV-Vis DRS等技术对光催化剂进行了表征,并考察了其在太阳光下对茜素红模拟染料废水的光催化降解活性。实验结果表明,当TiO_2与Fe_3O_4的质量比为0.75、初始溶液p H为3.0时,茜素红去除率最高,光催化反应120 min后,茜素红去除率为100%。表征结果显示,Fe_3O_4-0.75TiO_2复合光催化剂不是核壳结构,而是Fe_3O_4和TiO_2的聚集体。Fe_3O_4-0.75TiO_2复合光催化剂重复使用5次后茜素红去除率几乎没有下降,活性稳定性极佳。     

Heterostructure CdS/ZnS nanoparticles as a visible light-driven photocatalyst for hydrogen generation from water

(CdS)_x/(ZnS)_1–x nanoparticles were synthesized as a visible light-driven photocatalyst using the stepped microemulsion technique with a series of the ratio factors (x). The photocatalytic test results showed that (CdS)_x/(ZnS)_1-x with x = 0.8 had the highest photo-reactivity for H₂ production from water under visible light. The composite (CdS)_0.8/(ZnS)_0.2 catalyst had a heterogeneous structure that exhibited a much greater photocatalytic hydrogen production activity than either pure CdS or the homogeneous Cd_0.8Zn_0.2S solid solution. ZnS deposition also was shown to largely improve the stability of CdS in the heterostructured CdS/ZnS catalyst. Thermal treatment of the catalyst, i.e., annealing (CdS)_0.8/(ZnS)_0.2 at 723 K, improved the crystallinity of the catalyst and increased its photocatalytic H₂ production rate by more than 36 times. Deposition of Ru on the surface of the catalyst particles by in situ photo-deposition further increased the photo-H₂ generation rate by 3 times. The photocatalyst of 0.5%Ru/CdS/ZnS achieved the highest H₂ production activity, at a rate of 12650 μmol/g-h and with a light to hydrogen energy conversion efficiency of 6.5%.     

Pt掺杂TiO2纳米粉体的制备及其光催化活性研究

以钛酸丁酯为前驱物,醋酸为酸催化剂,采用溶胶-凝胶法制备掺有不同质量分数Pt的纳米TiO2粉体.通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等现代分析手段对所制备的不同Pt/TiO2纳米粉体的微观结构进行了表征.并以甲基橙染料的光催化降解为模型反应,考察了不同条件下所制备的光催化剂的光催化活性,探讨了纳米粉体中Pt的掺杂量对其光催化活性的影响.实验结果表明,Pt质量分数为0.2%的纳米TiO2粉体的光催化活性最好,过低或者过高的掺Pt量无法提高TiO2的光催化活性,甚至会降低TiO2的光催化活性.     

TiO_2/海泡石催化剂的制备及其对印染废水的处理

分别用焦硫酸钾和钛酸丁酯制得TiO2酸性溶胶,再用浸渍、振荡等方法制得TiO2/海泡石光催化剂。研究了所制得的光催化剂对模拟活性艳兰印染废水的吸附和光催化性能:光催化剂对活性艳兰的吸附能力较原矿粉大大提高;在光催化体系中,活性艳兰的高去除率(>96%)并不是简单的吸附行为,而是发生了光催化降解被完全矿化而去除,说明Ti已经嵌入到海泡石的层间结构中。在反应液中加入H2O能提升光催化降解的速率,同时光催化过程会使溶液pH值朝着中性方向变化。