有机染料及聚合物敏化纳米TiO_2光催化降解有机污染物的研究进展

本文综述了有机染料及共轭聚合物敏化纳米TiO2用于可见光照射下光催化降解有机污染物的研究工作。较系统地介绍了用于敏化TiO2的染料体系及其光催化降解的性能,阐述了有机染料敏化纳米TiO2的作用原理。最后介绍了我们最近采用共轭聚合物敏化纳米TiO2用于光催化降解有机污染物的研究工作。     

苝二酰亚胺敏化TiO_2可见光光催化降解罗丹明B

采用水热法制备了苝二酰亚胺(PTCDI)敏化的光催化剂TiO2/PTCDI以及PTCDI和酞菁铜(CuPc)共敏化的可见光光催化剂(TiO2/PTCDI)-CuPc。利用XRD,TEM和UV-Vis光谱对催化剂进行表面形貌和结构表征。以罗丹明B的光催化降解为模型反应,考察敏化样品的可见光光催化性能。研究表明染料共敏化样品(TiO2/PTCDI)-CuPc的活性比TiO2和TiO2/PTCDI分别提高了223%和113%。应用能带结构理论,阐明了TiO2/PTCDI和(TiO2/PTCDI)-CuPc的光生电子转移路径和光催化降解机理。     

染料敏化光电池中纳米TiO2膜的制备及性能研究

本文以商品P25为原料，利用涂层和热处理的方法在导电玻璃上制备纳米TiO2膜。扫描电子显微镜（SEM）测试结果表明，薄膜均匀、内部含有许多的纳米孔洞。X射线衍射仪（XRD）测试结果表面热处理前后TiO2的晶体结构没有显著变化。将纳米TiO2膜组装成染料敏化太阳能电池并研究了其光电转化性能。     

BiVO4／TiO2纳米管复合体系

由TiO2纳米管装载可见光照射下具有光催化作用的BiVO4粒子，组装成BiVO4／TiO2纳米管复合材料，可得到紫外一可见光响应的新型光催化无机抗菌材料。文章综述了BiVO4／TiO2纳米管复合体系的研究现状，并对存在的问题和未来的发展动向进行简要分析。     

纳米晶TiO_2在染料敏化太阳电池中的应用

以P25为原料,采用水热法制得以菱形为主、直径为10～15nm、比表面积达112m2/g的纳米晶TiO2.用该纳米晶TiO2制膜,并与用P25粉制成的膜进行对比,通过扫描电子显微镜、氮气吸附装置等对两种膜进行分析和表征.结果表明:纳米晶TiO2制成的膜颗粒小、分布均匀,BET比表面积是P25膜的两倍,膜厚相同时染料吸附量是P25膜的两倍多.将纳米晶TiO2膜与P25膜用于染料敏化太阳能电池上,分析染料敏化太阳能电池的光电特性,结果表明,用纳米晶TiO2组成的染料敏化太阳能电池具有高的光电流密度和转换效率.     

芴与噻吩共聚物敏化二氧化钛在可见光下的光催化活性

紫外漫反射光谱表明,芴与噻吩共聚物PFT敏化二氧化钛在360~500 nm之间都有强吸收,其最大吸收边由387 nm(TiO2)红移至500 nm。荧光发射光谱显示,PFT吸附于TiO2表面时,其受激发后将电子注入TiO2导带。敏化后的TiO2在可见光下能有效将苯酚降解去除。     

石墨烯杂化钛酸管复合光催化剂的制备与表征

以化学法还原的石墨烯和纳米TiO2为原料,采用水热法制备出一系列具有良好可见光活性的石墨烯 钛酸管复合光催化剂,并研究石墨烯含量和水热温度对其光催化性能的影响.结果表明：当石墨烯质量分数为5%时,复合光催化剂的催化活性最佳;采用较低水热温度制备出的复合光催化剂具有更大的比表面积和更优异的催化性能,其比表面积为一般石墨烯 TiO2复合光催化剂的10倍;在可见光照射条件下,其降解罗丹明 B的速率常数可达8.76×10-2 min-1,远高于文献报道的TiO2类光催化剂降解的速率常数;其可见光活性来源于石墨烯的敏化作用.     

ITO/M3d-TiO2/CdS纳米结构多孔膜电极的光电化学

利用水热法制备了几种过渡金属离子(Zn2+、Co2+、Cu2+)掺杂的TiO2复合纳米粒子(表示为M3d-TiO2),测定了M3d-TiO2纳米结构多孔膜电极和用CdS敏化各掺杂电极的光电流作用谱和光电流-电势曲线.实验结果表明,在所研究的M3d-TiO2电极中,只有Zn2+-TiO2电极的光电流大于未掺杂的TiO2纳米结构多孔膜电极.用CdS敏化各掺杂电极,避免了电子损失,大大提高了光电转换效率,讨论了敏化电极的光电转换机理.     

TiO2/PbS/Ru(bpy)2(NCS)2纳米多孔膜电极的光电化学研究

用染料Ru(bpy)2(NCS)2对ITO/TiO2/PbS复合半导体纳米多孔膜电极进行敏化,用光电化学方法研究ITO/TiO2/PbS/Ru(bpy)2(NCS)2电极的光电化学行为及组成光电池的能量转换效率.结果表明,该电极作为太阳能电池光阳极的能量转换效率与TiO2/PbS 复合半导体中PbS的含量有关.     

锐钛矿TiO2膜的仿生制备及表征

根据仿生制备原理,以涂渍PVA的有机玻璃为基底,异丙醇钛-乙二醇-水为沉积液,通过控制沉积液浓度、pH值和温度,在温度小于100°C的温度下合成了TiO2膜.对TiO2膜的晶相、形貌和亲水性表征,结果表明,TiO2膜的微晶晶相结构为锐钛矿相,膜对波长大于400nm的可见光透过率为75%-85%,自然风干的膜表面均匀致密,在紫外光照10min后可达到超亲水状态.     

氮对光催化性能的影响:TiO_2纳米球和纳米线对比研究

使用阳极氧化和氨气退火N化的方法制备了N掺杂的TiO2纳米球薄膜和纳米线薄膜.经过N掺杂TiO2纳米线薄膜与未掺杂纳米线可见光区的光吸收强度相差不大,能带宽度从未掺杂样品的3.2eV缩小为3.1eV.TiO2纳米球薄膜在可见光区的光吸收显著增强,能带宽度由未掺杂样品的3.2eV缩小为2.8eV,同时纳米球生长被抑制,其直径约为50nm,明显小于未掺杂TiO2样品的100mn.在可见光照射TiO2氮掺杂纳米线薄膜和纳米球薄膜降解4h后,溶液中亚甲基蓝的浓度分别降至45%和44%,N掺杂样品获得了优异的可见光光催化活性.研究表明N掺杂导致的O空穴浓度增加和能带宽度有效减小是其可见光区光催化活性增强的主要原因.     

稀土掺杂TiO_2光催化抗菌材料的制备与性能研究

采用溶胶-凝胶法并结合旋转涂膜法制备了稀土掺杂光催化抗菌薄膜(Ce/TiO2,Pr/TiO2,Gd/TiO2,Dy/TiO2,Y/TiO2,Eu/TiO2),研究了烧结制度、烧结温度、烧结时间、稀土掺杂量等因素对材料光催化抗菌性能的影响,分别确定了最佳制备工艺条件.结果表明,除Ce掺杂TiO2薄膜含有极少量金红石型TiO2外,其余全部由单一锐钛矿型TiO2构成,薄膜表面均存在缺陷;RE/TiO2光催化抗菌薄膜对大肠杆菌平均杀菌率皆在90%以上,较纯TiO2杀菌率(34%)有明显提高.稀土元素掺杂显著提高了光催化材料对可见光的响应.材料经反复使用和高温、高压、冲刷等处理,薄膜完整不脱落,始终有很...     

硫氮共掺杂TiO2薄膜的可见光催化性能

以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)和硫脲(SC(NH2)2)为前驱体制备溶胶,通过旋涂方法制备Ti O2光催化剂薄膜;利用XRD、SEM、XPS、UV-vis等手段进行结构表征和光吸收性能测试,并通过降解亚甲基蓝溶液评定其可见光下的光催化活性。结果表明,以硫脲为前驱体时可实现硫氮元素在Ti O2中的共掺杂;掺杂后的Ti O2薄膜对可见光有明显的吸收,并在可见光下对亚甲基蓝溶液显示出较高的降解率,其中掺杂量质量分数为3.0%的薄膜样品光催化活性最好。在本实验条件下,经可见光照射7 h后,亚甲基蓝溶液降解率接近100%。分析表明,硫元素以S6+状态取代Ti4+存在于Ti O2晶格,氮元素则以间隙和取代的方式存在。硫氮元素的协同作用在Ti O2的禁带中引入杂质新能级,使Ti O2带隙变窄,因此对可见光吸收并显示出强的可见光催化活性。     

有机物/TiO2电荷转移复合物的形成及其在可见光下的催化活性

以TiO2（Degussa P25）为光催化剂,可见光为激发光源,分别对甲醇/TiO2、甲醛/TiO2、甲酸/TiO2体系中光催化还原Cr6+的情况进行了研究. 结果表明,有机醇和羧酸能与TiO2形成电荷转移复合物. 这种复合物能够吸收400 nm以上的可见光,并通过LMCT（ligand-to-metal charge transfer）机制引发光催化还原反应. 不同的有机物/TiO2体系中,Cr6+的光催化还原反应表现出极大的差异,这种差别与有机物的结构密切相关. 当体系中不存在有机物时,可见光下TiO2几乎不能将Cr6+还原;当加入甲酸,经光照80 min后,Cr6+的还原率即可达100%;而在甲醛/TiO2和甲醇/TiO2体系中,光照6 h后,Cr6+的还原率分别可达93.63%和22.69%. 体系的pH对Cr6+的光催化还原反应有显著影响. 有机物/TiO2体系中,光催化还原Cr6+的反应符合一级动力学规律.     

磁控溅射制备TiO_2薄膜及其光学特性研究

采用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备TiO2薄膜.用紫外-可见光分光光度计和AFM分别表征了薄膜的透射率和表面形貌,用包络线法详细研究了不同衬底温度下TiO2薄膜的光学特性.结果表明:薄膜在可见光波段有很高的透明度,且随着衬底温度的升高,薄膜的透射率略有增加,薄膜的折射率和吸收系数增大,薄膜的光学带隙减小;同时,薄膜表面粗糙度减小,薄膜变得平整.     

纳米TiO_2光催化改性研究

研究了不同类型(非金属、稀土金属、过渡金属)的掺杂元素对TiO2在可见光下的光催化活性的影响。采用XRD对其结构进行表征,以结晶紫为目标降解物,使用紫外-可见分光光度计测试了不同掺杂TiO2在可见光下的光催化性能。     

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.     

氮掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究

以双氰胺为氮源,温和条件下采用Sol-Gel法制备氮掺杂TiO2粉末.XRD结果显示:所制备的样品是以锐钛矿相为主、含少量金红石相的混和相;UV-Vis漫反射光谱结果显示:相对于TiO2,氮掺杂纳米二氧化钛(N/TiO2)的光吸收阈值没有发生明显的红移,但可见光吸收强度明显增大.n(N):n(Ti)=0.12:1、煅烧温度400℃、煅烧时间2 h条件下制备的N/TiO2光催化剂的催化活性最佳,可见光下,300 min内可使甲基橙的降解率达到60%.     

Co和Ag掺杂对TiO2的改性作用研究

利用基于密度泛函理论和平面波赝势的第一性原理计算方法,研究Co和Ag分别掺杂金红石型TiO2的电子结构与磁性能.结果表明,Co原子掺杂TiO2后,掺杂原子沿c轴排列时体系最稳定,同时表现出铁磁性.Ag和Co的掺杂都对TiO2的能带结构产生影响,从而减小了带隙.研究结果可望用于优化设计具有稀磁半导特性和可见光催化特性的复合功能材料.     

氮掺杂对TiO_2薄膜光学性能的影响

目的研究氮掺杂对TiO2薄膜的折射率、透过率、吸收光谱和光学禁带宽度的影响,寻找最佳的掺N量,通过掺N来提高TiO2薄膜对可见光的敏感度。方法用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上,控制氩气和氮气的流量比,生长出不同氮含量的TiO2薄膜。结果适量地掺杂可以提高薄膜的折射率;氮掺杂的TiO2薄膜的光学吸收边发生了明显的红移现象;可见光吸收带中存在肩峰的根本原因是出现了新的氮的2p能级。结论通过适量的氮掺杂可以有效地减小TiO2薄膜的光学禁带宽度,从而提高TiO2薄膜对可见光的响应和太阳光的利用效率,拓宽了TiO2薄膜在太阳能电池、光催化降解及建筑材料等方面的应用。