Zn掺杂TiO2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解

采用阳极氧化法在Ti基底上制备TiO₂纳米管电极, 再通过浸渍法制备出Zn掺杂TiO₂纳米管电极. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针显微分析(EPMA)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对其进行表征, 电极表面分布有均匀的纳米管状阵列, 管径50～90 nm, 管长约200 nm, 管壁厚约为15 nm, 锐钛矿型TiO₂, Zn元素以ZnO小团簇形态沉积在TiO₂纳米管电极表面, 与TiO₂纳米管电极相比起始吸收带边红移近20 nm. 分别使用Zn掺杂TiO₂纳米管电极和TiO₂纳米管电极对相同五氯酚(PCP)溶液(初始浓度为20 mg/L, 电解质Na₂SO₄浓度为0.01 mol/L, 初始pH为7.03)进行光电催化降解120 min. 结果表明: 在紫外光(400 μW/cm²)或可见光(4500 μW/cm²)的照射下, Zn掺杂TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为73.5%和18.4%, 而TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为48.5%和3.2%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极光电催化降解PCP的准一级反应动力学常数分别为TiO₂纳米管电极的2.0倍和5.8倍, 且其光电催化性能与Zn掺杂浓度有关，最优掺杂浓度为0.909%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极的稳定性良好.     

MEH-PPV/TiO_2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO2混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究.研究发现,加入TiO2纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流.通过进一步优化MEH-PPV:TiO2纳米管器件的材料混合比例,在500nm,16.7mW/cm2的入射光照射下,器件的短路电流达到了9.27μA/cm2,开路电压达到了1.1V,功率转换效率相应地达到了0.017%,其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

可见光响应型S,F共掺杂TiO_2纳米管的制备

为了拓展TiO2的光响应波长至可见光区,采用阳极氧化法开发了具有可见光响应特性的S,F共掺杂TiO2纳米管光催化剂.样品经400℃煅烧2h后,分别经SEM,XRD,XPS和UV-visDRS分析.结果表明,纳米管的平均管径为150nm,平均管长为400nm,对可见光有较强吸收.在可见光条件下光电催化降解4-CP的实验中,S,F共掺杂TiO2纳米管的4-CP去除率比单F掺杂纳米管高39.7%.XPS分析表明,非金属S和F成功掺杂进了TiO2晶格,S,F共掺杂的协同效应导致了TiO2纳米管对可见光的强烈吸收和较高的催化活性.     

分子印迹膜修饰TiO_2纳米管及其光催化降解盐酸四环素

以盐酸四环素为模板分子,采用液相沉积方法制备分子印迹膜修饰TiO2纳米管(MIP-TiO2),实现了高效光催化降解盐酸四环素的目的.利用扫描电子显微镜(ESEM)和X射线衍射(XRD)等测试技术对MIP-TiO2的结构与性能进行了表征.与TiO2纳米管相比,由于特异性结合位点的存在,印迹膜修饰的二氧化钛催化剂对盐酸四环素的吸附能力提高了1.6倍.在紫外光催化降解盐酸四环素的实验中,分子印迹膜修饰的TiO2纳米管表现出较高的光催化能力,一级动力学常数是TiO2纳米管的1.9倍.通过该方法可以提高对模板分子的吸附能力,增强TiO2纳米管的光催化能力,对光催化技术处理低浓度的废水提供了重要的指导意义.     

CdS修饰TiO_2纳米管阵列制备及其光电催化产氢性能

为了实现利用可见光高效产氢,研究开发了具有可见光响应的CdS/TiO2纳米管阵列光催化剂.利用电化学阳极氧化法,在0.15mol/LNH4F和0.08mol/LH2C2O4的电解液中用钛片制备TiO2纳米管阵列,纳米管管径为80~100nm,管长约为550nm;在氨-硫脲体系中通过水浴化学池沉积将CdS纳米颗粒复合在TiO2纳米管上.以300W氙灯为光源,CdS/TiO2纳米管阵列(2×54mm×100mm)作为光阳极,外加1.0V槽电压,0.1mol/LNa2S和0.04mol/LNa2SO3为电子给体,光电产氢速率达到245.4μL/(h·cm2),表明CdS/TiO2纳米管阵列是一种有前景的光催化产氢材料.     

TiO_2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中,用阳极氧化法制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征,探讨了TiO2纳米管阵列的形成机理.结果表明,制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面,分布均匀,管径约为90nm,管壁厚约20nm,管长约400～500nm,并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性.此外,使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明,光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和,表现出一定的光电协同作用;施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

TiO2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中, 用阳极氧化法制备了高度取向的TiO₂纳米管阵列, 并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征, 探讨了TiO₂纳米管阵列的形成机理. 结果表明, 制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面, 分布均匀, 管径约为90 nm, 管壁厚约20 nm, 管长约400~ 500 nm, 并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性. 此外, 使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明, 光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和, 表现出一定的光电协同作用; 施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

TiO2纳米管薄膜的制备及其光散射性能

采用超声水热联合的方法, 用商品P25为原料制备出直径10 nm, 长600 nm的TiO₂纳米管, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射(SAED)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行表征. 用TiO₂纳米管制作薄膜电极并研究其光散射性能, 结果表明TiO₂纳米管可以作为染料敏化太阳能电池中薄膜工作电极内的光散射中心, 增大光能的吸收. 掺有10%小颗粒的纳米管薄膜电极具有强的光散射性能和良好的机械性能, 可用做高效率染料敏化太阳能电池的工作电极.     

纳米TiO2膜对水中微量微囊藻毒素的光催化降解

富营养化水体中的微囊藻毒素是一种传统净水技术难以去除的致癌毒素. 研究了低光强辐照条件下, 溶胶凝胶法制备的纳米TiO₂薄膜光催化降解水中微量微囊藻毒素Microcystin-LR. 固相萃取结合高效液相色谱方法的分析结果表明: 自然条件下浓度水平的Microcystin-LR (μg/L)能够有效地被光催化氧化分解, 降解受到pH值、毒素初始浓度和光照强度的影响. pH 4左右时降解速度最快, 辐照强度为400 μW/cm2条件下120 min内浓度为20 μg/L的毒素的降解率达到95%. 采用Langmuir-Hinshelwood机理研究了微量Microcystin-LR的光催化降解, 降解模式符合准一级动力学方程. 在pH 6.7和辐照强度为400 μW/cm²条件下, 浓度为20 mg/L的毒素的准一级降解速率常数和半衰期分别为0.0157 min^-1和44 min. 在200~1000 μW/cm²的UVA光照变化范围内, 降解速率随辐照强度的0.82次幂值增长, 相应表观量子效率为5.19×10^-8 g/J.     

不同结构与形貌的TiO2纳米管阵列在染料敏化太阳能电池中的应用

高度有序的TiO2纳米管阵列能够减少界面复合、提高载流子定向传输效率以及增加光散射,从而使其在染料敏化太阳能电池(DSSCs)中具有潜在的应用价值.纳米管的表面形貌和结构(如长度、壁厚、管直径和管间距)等都会对电池效率产生一定的影响.本文采用阳极氧化的方法,用甲酰胺(FA)、乙二醇(EG)、少量的水以及氟化铵作为电解液,成功制备了具有不同粗糙度的TiO2纳米管阵列.随着FA和EG比例的不同,纳米管的管口直径在72～120nm之间变化,同时,管壁也在19~47nm之间变化.随着FA含量的增加,管壁的粗糙度也逐渐增加.将该TiO2纳米管阵列作为光阳极应用于DSSCs中,发现开路电压和壁厚密切相关,短路电流密度与管长和管间距等因素也有着紧密的联系,这些结果为进一步研发不同结构的TiO2纳米管阵列在DSSCs中的应用提供了理论与实验依据.     

Cu掺杂对Cu_2O/Si-NPA可见光催化性能的影响

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用溶液浸渍法并通过改变浸渍时间、温度和所用铜盐种类,制备了Cu_2O/Si-NPA,Cu_2O:Cu/Si-NPA(Cu_2O为主相),Cu:Cu_2O/Si-NPA(Cu为主相)和Cu/Si-NPA四种复合纳米结构,并对其表面形貌和微结构以及材料对甲基橙的可见光催化降解性能进行了表征.结果表明,对于面积为1.8 cm×2cm的样品,在光功率密度10 m W/cm~2,波长400~800 nm的可见光辐照100 min后,Cu_2O:Cu/Si-NPA对甲基橙的催化降解率达到~53.6%,较Cu_2O/Si-NPA提高~20%.降解率的提高被归因于Cu_2O中少量金属Cu的存在极大减少了光生电子被缺陷俘获或者与空穴复合的几率,从而有利于光生电子从材料内部到表面的传输,并藉此产生相对于纯相Cu_2O更高的活性含氧基团浓度.该研究结果为进一步提高Cu_2O可见光催化降解有机污染物的效率提供了一种可能的途径.     

TiO2纳米管生物膜的血液相容性及重吸收功能

采用阳极氧化法制备新型高强度的TiO2纳米管薄膜,通过对纳米管底部进行HF气体腐蚀获得了两端通透的TiO2纳米管阵列薄膜.利用混合种植方法于两端通透的纳米管阵列表面种植了猪肾小管上皮细胞(LLC-PK1)和血管内皮细胞(ECV304),成功制备了具有生理功能的TiO2纳米管生物膜材料.运用血浆复钙化法对比研究了载玻片、纯金属钛片、未种植细胞TiO2纳米管和种植细胞TiO2纳米管的血液相容性,并采用自制的装置检测了该生物膜对钠钾离子的重吸收功能.结果表明,种植细胞的纳米管阵列薄膜的血液相容性要远远好于其他对照组,且该生物膜具有很好的重吸收功能,证实所制备的TiO2纳米管阵列生物膜具有良好的生理功能,是用于生物透析较为理想的候选材料.     

可见光响应型S, F共掺杂TiO2纳米管的制备

为了拓展TiO₂的光响应波长至可见光区, 采用阳极氧化法开发了具有可见光响应特性的S, F共掺杂TiO₂纳米管光催化剂. 样品经400℃煅烧2 h后, 分别经SEM, XRD, XPS和UV-vis DRS分析. 结果表明, 纳米管的平均管径为150 nm, 平均管长为400 nm, 对可见光有较强吸收. 在可见光条件下光电催化降解4-CP的实验中, S, F共掺杂TiO₂纳米管的4-CP去除率比单F掺杂纳米管高39.7%. XPS分析表明, 非金属S和F成功掺杂进了TiO₂晶格, S, F共掺杂的协同效应导致了TiO₂纳米管对可见光的强烈吸收和较高的催化活性.     

MEH-PPV/TiO2纳米管混合膜光伏特性的研究

对基于[2-甲氧基-5-(2′-乙烯基-己氧基)聚对苯乙烯撑](MEH-PPV)/纳米TiO₂混合材料制备的光电二极管的光伏特性进行了研究. 研究发现, 加入TiO₂纳米管制备的器件具有高的开路电压和短路电流. 通过进一步优化MEH-PPV:TiO₂纳米管器件的材料混合比例, 在500 nm, 16.7 mW/cm²的入射光照射下, 器件的短路电流达到了9.27 mA/cm², 开路电压达到了1.1 V, 功率转换效率相应地达到了0.017%, 其中功率转换效率比没有掺杂的MEH-PPV器件提高了10倍.     

光电协同新技术降解饮用水中微量邻氯酚

研究和讨论了一种联合应用紫外光解和电极电解的方法高效净化饮用水的新技术. 在自制的集成光解-电解一体化反应器中, 以邻氯酚(2-CP)为模型污染物, 通过实验研究了外加电解电压、pH值、流速、温度、反应体系通气情况等对降解反应的影响, 并初步分析了光电复合降解有机微污染物的机理. 实验得出的优化条件为: 同时施加5 V的直流电压和254 nm的紫外线照射(30 W), pH值为8, 反应体系内通入氧气. 流速和温度以及污染物的初始浓度在实验条件下的影响较小. 研究发现: 在30 min内2-CP的去除率达到50%以上, 2.5 h后2-CP去除率达到100%, 总有机碳(TOC)去除率达到90%以上, 并能最终完全去除. 研究表明, 紫外光的光解作用和电极电解作用在研究条件下对模型污染物的降解具有显著的协同作用, 可能是通过对污染物的不同降解机理互补和光电激发形成自由基反应链所致.     

钼基碳掺杂二硫化钼电极的硫氧化反应性能

硫钝化是阻碍硫化物氧化反应(sulfur oxidation reaction, SOR)在硫锂电池、电化学脱硫、含硫污染物资源化等领域高效进行的重要因素.二硫化钼(MoS₂)因其优异的抗硫性和可调的二维层状结构而具有良好的SOR潜能,但其本征半导体性质限制了电子传递过程.本文报道了一种抗硫性钼基碳掺杂二硫化钼电极(Mo/C-MoS₂),通过碳掺杂使MoS₂电极具有接近热中性的硫吸附吉布斯自由能和快速转换多硫化物的能力,有效避免了硫钝化.实验结果显示, Mo/C-MoS₂能以0.37 V驱动SOR反应达到10 mA/cm²,低于Mo/MoS₂电极(0.41 V)和Pt电极(0.68 V),并在恒电位电解测试中保持16.5 h的抗硫钝化稳定性.透射电子显微镜(transmission electron microscope, TEM)、X射线衍射(X-ray diffraction, XRD)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spe...     

纳米铁颗粒物表征及其对2, 4-二氯苯酚的脱氯降解性能

对纳米铁超细粉进行了透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)等结构表征, 并研究了其对2,4-二氯苯酚的吸附降解性能. 结果表明, 实验所用纳米铁超细粉呈核-壳型结构, 颗粒粒径为30~40 nm, 其表面含有大量的Fe3O4钝化氧化层; 为去除纳米铁表面的钝化层, 提高其活性, 对其进行盐酸酸化, 探讨了酸化前后纳米铁在不同投加量下对2,4-二氯苯酚的降解去除情况. 实验发现, 活化前的纳米铁对2,4-二氯苯酚的去除主要为吸附过程, 活化后的纳米铁则能够迅速与2, 4-二氯苯酚发生降解反应. 当铁的投加量为150 mg时, 反应溶液中可检测到苯酚、2-氯酚、4-氯酚等降解产物的出现, 说明纳米铁对2,4-二氯苯酚的降解主要为脱氯反应.     

碳黑改性纳米TiO2薄膜光催化降解有机污染物

高活性和高稳定性催化剂的制备是光催化技术实用化的关键，以碳黑为造孔剂制备了改性的纳米TiO2薄膜光催化剂，并通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、漫反射光谱（DRS）和红外光谱（FTIR）对催化剂的结构进行表征，结果显示，改性TiO2和普通TiO2薄膜均为纳米材料，晶相以锐钛矿为主，并含有少量金红石，碳黑改性使薄膜具有了更多的孔隙，并且其他性质也发生了变化，如晶粒度变小、金红石含量增加、吸收带边红移，光催化降解有机污染物的试验表明，改性TiO2的活性约为普通TiO2的2倍，并对苯酚类的有机污染物有很好的降解效果，降解活性艳红X－3B的稳定性试验表明制备的碳黑改性纳米TiO2催化剂具有较好的稳定性，连续使用1个月活性一直保持不变。     

TiO2改性β-PbO2电极光电协同降解偶氮染料酸性橙Ⅱ

电助光催化是一种有效的提高光催化效率的手段. 通过共沉积的方法制备了TiO₂改性β-PbO₂电极, 分别用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征了其表面形貌和晶体结构. 将其用于电助光催化降解酸性橙Ⅱ, 在外加电压(阴阳两极间)为1.5 V时, 考察了溶液初始pH值对降解50 mg/L酸性橙Ⅱ的影响; 在外加电压为2.5 V时, 研究了初始pH = 2.0和pH = 12.0时降解历程和降解产物的差异. 结果表明, 200 mL共沉积液中加入2.0 g TiO₂制备的改性β-PbO₂电极较未改性的β-PbO₂电极晶粒更加精细, 表面更加致密均匀. 电助光催化降解酸性橙Ⅱ时产生了明显的光电协同作用, 溶液初始pH = 2.0时对酸性橙Ⅱ的降解效率和TOC去除率最高. 通过对紫外可见光谱和最终降解产物的分析, 证明初始pH = 2.0时, 在2 h的反应时间内, 光电协同催化降解酸性橙Ⅱ经历产生主产物马来酸的反应步骤, 而初始pH = 12.0时酸性橙Ⅱ的降解较为缓慢.     

TiO_2@SiO_2负载MnPcS光催化降解有毒有机污染物

以正辛胺(n-octylamine,OA)为模板通过溶胶-沉淀法制备了TiO2@SiO2.以TiO2@SiO2为载体负载磺基锰酞菁(manganese phthalocyanine tetrasulfonic acid,MnPcS),制备了MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂.通过X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)对催化剂进行了表征.在可见光(λ420nm)照射下,以催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的催化降解和对无色小分子邻苯二胺(o-phenylenediamine,OPDA)的催化氧化为探针反应,探讨了MnPcS-TiO2@SiO2的光催化降解特性.通过对RhB降解过程中总有机碳(CODCr)的跟踪测定,评价了光催化对有机污染物的深度氧化(矿化)效果;以顺磁共振(ESR)测定RhB降解过程中氧化物种的变化,研究了光催化反应机理.结果表明,在实验条件下,MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂对RhB具有较好的光催化降解效果,可见光照240min能使RhB完全褪色,光照24h后RhB的CODCr去除率达到64.02%.ESR结果表明,降解过程主要涉及羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-·)的氧化机理.