钛酸铋系光催化剂研究进展

钛酸铋系光催化剂在降解水环境中有机污染物方面具有良好的可见光催化活性,本文介绍了Bi4Ti3O12、Bi12TiO20、Bi20TiO32、Bi2Ti2O7光催化剂的研究动态和主要成果,并对钛酸铋系光催化剂的发展趋势进行了展望.     

复合空心TiO2@SiO2纳米微球光催化性能研究

通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)功能化的聚苯乙烯(PS)粒子在SiO2包覆的同时被乙醇/氨水介质溶解,得到了单分散空心SiO2纳米微球,经溶胶-凝胶法与纳米TiO2复合制备得到了TiO2@SiO2纳米球.利用透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射仪(XRD)对制备的TiO2@SiO2纳米球进行了物理特性及光化学性质的初步表征,探讨了SiO2纳米微球的复合对TiO2粒径大小、比表面积、形貌、晶型转变以及光催化活性的影响.在可见光照射下,利用有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的光催化降解为探针反应,研究了TiO2@SiO2纳米球的光催化活性及适应的pH范围.结果表明,SiO2纳米球的复合能明显提高光催化剂的比表面积及其对RhB的吸附量.同时能明显提高TiO2在可见光下的光催化活性,可见光下照射120min后RhB完全褪色,同时16h后的矿化率达到60%.TiO2@SiO2纳米球在pH 3～9范围内均表现出较高的催化性能.     

简捷微波化学制备BiOBr纳米片及可见光催化性能

以Bi（NO3）3·5H2O和NaBr为原料,水为溶剂,通过一步微波加热过程制得了BiOBr纳米片.粉体的XRD分析为纯的四方相BiOBr,结晶性好;FESEM照片显示样品为单分散的四边形纳米片,边长为200～300nm、厚度约为25nm;固体紫外可见吸收光谱（UV-Vis DRS）测试表明粉体的吸收带边延伸到可见光区,计算其能隙带宽为2.63eV.可见光催化降解有机染料罗丹明B（RhB）的实验表明：在LED可见光辐照下,100mg催化剂在45min内可将100mL、10mg/mL的RhB溶液完全降解.     

聚苯胺改性纳米TiO2的制备及其对含氰废水的降解研究

通过矿化接枝技术将溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2负载在聚苯乙烯微珠载体上,制成负载型纳米TiO2光催化剂。利用导电聚苯胺对负载型纳米TiO2光催化剂进行可见光改性,通过XRD,SEM等方法对改性纳米TiO2光催化剂进行表征,并用改性催化剂在太阳光照射下对3种工业含氰废水进行降解处理。结果表明：导电聚苯胺对负载型纳米TiO2光催化剂涂膜改性,显著改善了负载型纳米TiO2光催化剂在可见光条件下的光催化性能,可有效降解废水中的大部分有毒氰根（CN^-）,使其含量远低于国家排放标准。     

粘土负载铁异相光催化降解有机染料罗丹明B

通过将Fe3＋负载到经过煅烧的粘土（Clay）上制备复合型材料Fe-Clay（简称FeC）用作光催化剂,在可见光（λ＞420 nm）照射下,利用FeC光催化降解染料罗丹明B（Rhodamine B,RhB）,研究了光催化反应介质pH及H：O：加入量等因素对RhB降解特性的影响.结果表明,在可见光照射下,RhB/FeC/H2O2体系反应180 min后RhB的脱色率达100％,催化剂循环使用4次,其催化活性基本不变,可重复使用.     

分层铜锌锡硫纳米结构的合成及其光催化性能研究

采用溶剂热法合成了分层结构的铜锌锡硫（CZTS）纳米结构,用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、紫外可见分光光度计（UV-Vis）、拉曼光谱等现代表征手段对样品进行表征,并以亚甲基蓝（MB）染色剂的模拟废水为目标污染物,探讨了CZTS纳米结构在可见光照射下的光催化性能.在10h可见光催化反应后,CZTS分层纳米结构对MB的降解率高达93.6％.对比实验研究表明,采用类似方法制备的CZTS无规则纳米粒子对MB的降解率仅为51.6％,表明分层CZTS纳米结构具有优异的光催化性能.我们对分层CZTS纳米结构的光催化性能进行了合理的解释.     

TiO2纤维薄膜的制备及其光电催化性能的表征

该文采用水热法一步制备TiO2纤维薄膜电极,并在可见光下利用制备的该TiO2纤维电极对甲基橙溶液(MO)进行光电降解实验研究,对制备的薄膜进行XRD、SEM等材料学表征和光电流(I-t)、循环伏安(CV)和交流阻抗(EIS)等电化学相关表征.实验结果表明,TiO2纤维薄膜能够在碱性水热环境下形成于钛片表面,并在模拟太阳光和可见光条件下均具有很好的光电效应.在外加+0.5 V电压并在模拟太阳光或可见光照射时能够分别在30min和60min内达到对MO溶液100％和86％的降解效果.     

Na0.5Bi0．5TiO3纳米线的制备及其光致发光特性研究

采用溶胶-凝胶-水热合成技术,以钛酸四丁酯、醋酸钠和五水硝酸铋为原料,NaOH为矿化剂,合成了直径约10～20 nm,长度达到微米量级的钙钛矿结构钛酸铋钠纳米线单晶. 通过X射线衍射仪,透射电子显微镜,X射线光电子能谱等技术对纳米线的形貌和成分进行了表征,并研究了Na0.5Bi0.5TiO3纳米线的光致发光特性.     

Pb-N共掺杂TiO2纳米晶的制备、表征及光催化性能的研究

通过溶胶凝胶法制备了Pb掺杂TiO2纳米晶、在管式炉中NH3（67%）/Ar气氛下制备N掺杂及Pb-N共掺杂的TiO2纳米晶，利用XRD, XPS, SEM及UV-VIS对样品进行了表征，并研究了样品对甲基橙溶液的降解.结果表明：Pb掺杂可以降低纳米晶的粒径，Pb-N共掺杂可以起到协同作用，降低样品的带隙能，提高样品对可见光的吸收，Pb-N共掺杂的TiO2在可见光作用下表现出较高的催化活性，0.5% Pb-N共掺杂的TiO2，可将20mg/L的甲基橙水溶液在35min内完全降解.     

WO3纳米片的制备表征及其可见光下降解罗丹明B的研究

通过水热合成法制备氧化钨（WO₃）纳米片,采用扫描电子显微镜（SEM）、固体紫外漫反射（UV-vis）和X 射线光电子能谱（SEM-EDX）对WO₃纳米片进行表征,并通过实验研究了可见光下WO₃对溶液中罗丹明B（RhB）染料废水的光催化降解性能。实验结果表明：WO₃投加量为0.10g时,在150W氙灯模拟可见光照射4h条件下,对质量浓度为10mg/L,体积为100mL罗丹明B染料废水的光催化降解率达到88.3%。此结果说明制备的WO₃催化剂对罗丹明B染料废水具有良好的光催化活性。     

Na0.54Bi0.46Ti0.96Al0.04O2.94氧离子导体制备与性能研究

采用传统的固相反应法合成Na0.54Bi0.46Ti0.96Al0.04O2.94氧离子导体,借助于交流阻抗谱和介电弛豫谱分别研究了钠和铝的双掺杂对Na0.5Bi0.5TiO3材料电学性能及氧离子扩散的影响。在400℃时,Na0.54Bi0.46Ti0.96Al0.04O2.94材料的晶粒电导率可以达到1.51×10-3 S/cm,是Na0.5Bi0.5TiO3材料电导率的5.5倍。在Na0.54Bi0.46Ti0.96Al0.04O2.94材料中观察到一个与氧离子弛豫相关的介电弛豫峰,弛豫参数为E= 0.80 eV和t0= 6.12×10-13 s,氧离子在Na0.54Bi0.46Ti0.96Al0.04O2.94材料中主要通过Na-Bi-Ti的路径进行扩散迁移的。结合结构参数容忍因子及自由体积的分析,钠和铝的双掺杂改善了氧离子在Na0.5Bi0.5TiO3材料中的扩散通道,但是铝的引入一定程度上提高了氧空位扩散的能量壁垒。     

氮掺杂暴露（001）面二氧化钛的制备及其可见光催化性能研究

以尿素为氮源、HF为调控剂,采用水热法制备了以（001）活性面为主的氮掺杂型TiO2催化剂.SEM、TEM、XRD、Raman及UV-Vis测试结果表明,TiO2及N-TiO2产品均为暴露（001）面的纳米片状锐钛矿结构,TiO2在高温900℃煅烧仍能保持锐钛矿结构.F-不仅对（001）面的暴露起到很好的调控作用,而且抑制了TiO2在高温下向金红石相的转化.氮的掺杂窄化了TiO2的禁带宽度,使其边带红移,在可见光区域有很强的吸收峰.并且,随着氮掺杂量的增多,N-TiO2在可见光的吸收峰增强.以可见光降解染料罗丹明B溶液作为探针反应,研究了不同N/Ti配比的N-TiO2的可见光催化活性,氮掺杂TiO2的可见光催化活性比照纯TiO2有明显的改善.     

TiO2/Al2O3-Al2O3-TiO2/Al2O3绝缘结构的真空沿面闪络特性

基于变插入层介电常数的多层绝缘结构能改善电场分布、提高真空沿面闪络特性.通过真空热压烧结制备了TiO2/Al2O3-Al2O3-TiO2/Al2O3(A-B-A)3层绝缘结构,A层w(TiO2)为0.5%到20%.测量了该绝缘结构的真空沿面闪络特性,发现闪络特性随w(TiO2)的增加而提高,当w(TiO2)为20%时,其脉冲初次闪络电压较同等厚度的Al2O3陶瓷提高了63%.研究发现:A层的介电常数可由w(TiO2)调控,介电常数的增大能有效降低真空-绝缘子-阴极三结合点处的电场强度;A层表面存在的TiO2颗粒可以减小二次电子发射系数并改善表面电荷分布;TiO2的电导率虽比Al2O3高,但其仍为绝缘体,即使TiO2含量较高时也不会形成贯穿的导电通道.     

电解腐蚀合成铋纳米粉的热氧化性

以块体金属Bi为阳极牺牲材料,通过电化学腐蚀可以控制合成厚度为20～30 nm的准二维金属Bi纳米片,进一步在空气中热处理可以氧化生成Bi2O3.研究结果表明:所得Bi纳米片由于尺寸较小和比表面积较大,其热氧化温度相对于文献报道明显降低;而热处理温度是影响热氧化形成Bi2O3晶体结构的关键因素.     

氧离子导体Na0.525Bi0.475ZrO2.975的制备与性能

氧离子导体电导率对于固体氧化物燃料电池的性能起着决定性的作用。采用传统固相反应法合成单一钙钛矿结构的Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)氧离子导体,利用交流阻抗谱来研究Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料的氧离子导电性能,氧离子电导率会随温度的升高而增大,电导率的对数与温度的倒数近似于呈线性关系,在748 K温度时,其氧离子电导率为1. 2×10~(-6)S/cm,进而根据Arrhenius关系计算得到氧离子的扩散激活能为0. 92 e V。通过与结构类似的Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料性能的比较分析,较大的Zr~(4+)半径和较强的Zr—O键直接导致在相同氧空位浓度Na_(0.525)Bi_(0.475)ZrO_(2.975)材料中较高的氧离子扩散激活能和较低的氧离子电导率。     

氧空位调控BiVO4纳米片的制备及光解水制氧性能

采用水热和烧结方法制备了氧空位调控的BiVO₄纳米片。通过X射线衍射仪、电子自旋共振谱仪、透射电子显微镜、紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪和光解水制氧系统研究了不同氧空位含量(O_V)BiVO₄纳米片的结构和光解水制氧性能。通过对氧空位含量的调控,实现了对BiVO₄纳米片的光吸收和光电性能的优化,极大提高了BiVO₄纳米片的光解水制氧效率。结果表明:引入氧空位后,BiVO₄纳米片在可见光区的光吸收明显增强,并且随着氧空位含量的增加,样品的吸收边发生明显红移。适量氧空穴的引入显著提高了光生电子和空穴的分离,从而提高光生电子的利用率。BiVO₄-O_V2纳米片的光催化产氧速率约433 μmol/(h·g),约为BiVO₄纳米片的10倍。     

等离子喷涂Al2O3-TiO2系涂层的相组成定量分析

采用大气等离子喷涂制备了TiO2质量百分比分别为0%、3%、13%、20%、40%5种Al2O3-TiO2系涂层.利用Rietveld法以及添加标样的办法对喷涂前后的材料物相进行了定量分析,探讨了材料的相变过程.经喷涂,大部分α-Al2O3转变为亚稳相γ-Al2O3,喷涂粉末中存在的TiAl2O5保留在涂层中,有四种涂层中还形成了非晶相.涂层中的非晶相的含量先随着TiO2增加而增加,在TiO2的质量百分比为13%时最多,而后下降.这个趋势是喷涂粉末中Al2O3含量以及喷涂过程中材料的冷却速率共同作用的结果.     

BiOI/H2O2协同光催化降解四环素性能研究

碘氧铋（BiOI）是一种新型光催化剂,以硝酸铋（ Bi (NO₃)₃）、碘化钾（KI）为原料,分别采用水热法以及溶剂热法制备两种形貌的BiOI材料,通过X射线粉末衍射仪（ XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、红外光谱（ FTIR）、紫外可见漫反射（ UV-Vis DRS）和N₂吸脱附测试仪对其进行形貌、结构、性能表征。以四环素（TC）水溶液为例,测试制得的BiOI光催化降解性能,重点考察材料结构、光照条件、双氧水（H₂O₂）协同作用等对降解性能的影响。实验结果表明,溶剂热法制备的BiOI和H₂O₂协同作用时,在模拟太阳光下对四环素降解效果最好,4 h降解率可达99.11%。     

溶胶-凝胶法制备TiO2/SiO2复合材料光催化降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶法以钛酸四丁酯、正硅酸四乙酯制备了TiO2/SiO2复合材料,利用XRD对复合材料的物相结构进行了表征,表明制备的TiO2/SiO2复合材料为锐钛矿型.FTIR表明复合材料形成了Si—O—Ti的网络结构,TG-DTA表明复合材料的热性能提高.以罗丹明B为降解物,探讨了该复合材料的光催化活性,考察了固液比、pH值、时间对降解效果的影响,结果表明,TiO2/SiO2复合材料对罗丹明B降解率明显高于纯TiO2,当固液比为6g/L、pH为6、降解时间为120min时降解率可达到94.59%.     

Preparation of nano-sized Bi2Te3 thermoelectric material powders by cryogenic grinding

A novel method for rapid preparation of Bi2Te3 nano-sized powders with an average particle size of about 70 nm was developed.A starting powder mixture consisting of Bi2Te3 coarse particles of ～5 mm was...