Yb掺杂量对混晶相TiO_2可见光催化活性的影响

采用简单的溶胶-凝胶法制备稀土Yb掺杂混合晶相TiO_2纳米粉体,通过XRD、XPS、TEM、FT-IR、UV-Vis-DRS、PL和Nano-sizer纳米粒度仪等对样品进行表征,以可见光辐照下催化降解亚甲基蓝(MB)为模型,研究了Yb掺杂对纳米TiO_2的结构和可见光催化活性的影响.结果表明,Yb掺入TiO_2后在表面存在Yb~(3+)和Yb~(2+)两种形态,Yb掺杂抑制了TiO_2从锐钛矿向金红石的相转变,阻碍晶粒生长,增加了纳米TiO_2表面-OH数量;适量的Yb掺杂可促使合适比例的金红石与锐钛矿的混晶相形成,有效降低TiO_2光生e~-/h~+对的复合率,扩大吸收光谱的波长范围,提高TiO_2光催化活性.当热处理温度500℃、掺杂量n(Yb):n(Ti)=0.009时Yb-TiO_2样品在普通日光灯下对MB在6 h内的光催化降解效率达95.2%,明显高于同等条件下纯TiO_2样品的降解率56.4%.     

钛粉氧化法制备TiO_2及其光催化性能研究

对纯钛粉及已氧化钛粉在空气中进行加热处理,采用氧化法制备Ti O_2,利用X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)对制得的Ti O_2进行物相分析,以罗丹明B为目标污染物,并对其进行光催化性能分析.实验结果表明,当纯钛粉加热温度不超过450℃时,XRD未检测出Ti O_2衍射峰;当加热温度达到550℃时开始出现金红石Ti O_2,且随氧化温度升高,纯钛粉氧化生成的Ti O_2逐渐增多;650℃加热后制得的Ti O_2光催化效率最高,对罗丹明B的降解率达到71.7%;XRD检测表明已氧化的钛粉以Ti_4O_7的形式存在,对其加热至450℃时开始出现金红石Ti O_2,550℃热处理后Ti_4O_7全部被氧化成金红石Ti O_2,但其光催化性能低于纯钛粉氧化制得的金红石Ti O_2.     

射频磁控溅射法制备TiO2-x薄膜及其光响应的研究

用射频反应磁控溅射法，250℃时在石英玻璃片上沉积TiO2-x薄膜，用XRD、SEM、XPS、UV-Vis等对其进行表征．结果表明：未经热处理的薄膜呈锐钛矿型，薄膜表面粗糙，粒径约为30nm的小晶粒聚集在一起，形成一个个“小层”，层层错叠；经600℃保温2h热处理的薄膜呈金红石型，晶粒较大，孔隙变大．XPS分析发现：未经热处理的薄膜表面存在着20％的三价钛，有与之相对应的较多的氧空位；经600℃在空气中热处理后，三价钛减少到8％，同时氧空位减少．UV-Vis吸收表明，氧空位的存在有利于TiO2-x的吸收边向可见光波段移动．     

TiO_2纳米片的合成、表征及其光催化性能

采用水热合成法,以自制TiO2粉体和NaOH为原料,成功制备出TiO2纳米颗粒向纳米管转变的过渡产物TiO2纳米片.用XRD、TEM等分析手段对TiO2纳米片的形貌和晶相结构进行表征.结果表明,形貌上粉体由颗粒状转变为片状,晶相结构由金红石相向锐钛矿相转变, TiO2纳米片的生长机理符合3D-2D的生长模型.光催化实验表明,经650 ℃煅烧的原料制备出金红石相与锐钛矿相物质量比约为32∶68的TiO2纳米片,催化剂加入量0.75 g/L时,90 min后对甲基橙的光催化降解率为94.2%;TiO2纳米片光催化性能稳定.     

WO_3/TiO_2-rGO复合材料的制备及其光催化性能

以自制三氧化钨(WO_3)、氧化石墨烯(GO)为原料,钛酸四丁酯(TBT)为钛源,柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂,采用溶胶-凝胶法制备WO_3/TiO_2-GO,再通过硼氢化钠(NaBH4)还原得到WO_3/TiO_2-还原氧化石墨烯(WO_3/TiO_2-rGO)三元复合材料.通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对样品进行分析表征;研究GO质量分数、热处理温度对复合材料结构和甲基橙降解效率的影响.结果表明:纳米WO_3/TiO_2粒子均匀分散于rGO表面;rGO的引入能够有效抑制TiO_2晶粒的长大;400、450℃热处理样品中TiO_2为锐钛矿相,随着热处理温度的升高,晶体结构由锐钛矿晶相向金红石晶相转变,同时微晶的颗粒尺寸增加,晶型转变温度约为500℃;当GO质量分数为10%时,450℃热处理的WO_3/TiO_2-rGO样品光催化降解甲基橙效率最高,可达95%以上.     

多孔钛片上二氧化钛纳米管束的制备与表征

在氢氟酸电解液中采用阳极氧化法在多孔钛片上制备了二氧化钛纳米管束.考察了电压对二氧化钛氧化层形貌及温度对二氧化钛晶型的影响.制备的二氧化钛纳米管形貌,晶型及光催化性能分别采用SEM,XRD和光催化还原Pd2+沉积钯膜实验表征.SEM结果表明,最佳阳极氧化电压为30 V.在此电压下制备的二氧化钛纳米管长约为300 nm, 管径约为40 nm, 壁厚约为20 nm.XRD结果显示, 773 K退火后,二氧化钛为锐钛矿型;873 K退火后二氧化钛主要为锐钛矿型,含有2.99% 的金红石相;973 K退火后二氧     

二氧化钛纳米管阵列的制备及光催化效果的研究

用阳极氧化法制备出高度致密、有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM和XRD表征分析纳米管阵列的形貌和结构.分析结果表明:经过450℃退火后的TiO2晶相结构为夹杂少量金红石相的锐钛矿相.以甲基橙在水溶液中的光催化降解为实例,分别研究了TiO2纳米管阵列在可见光和紫外光激发下的光催化性能.实验结果表明:该阵列在紫外光激发下有较高的光催化效率,但在可见光照射下产生降解效果不太明显.     

一步法合成锐钛矿相和金红石相TiO2的光催化活性的研究

以酞酸丁酯为钛源,利用一步合成法分别合成出锐钛矿相和金红石相TiO2,并利用XRD、BET和SEM表征其晶相、粒度和表面状态,其结果证实两种晶相TiO2具有相近的结晶度和粒度.在此前提下,通过对两种晶相TiO2进行第一性原理、DRS和ζ电位的分析,得出金红石相TiO2的光催化活性优于锐钛矿相TiO2的结论.此外,在可见光条件下,选取带不同表面电荷的三种有机物进行2 h光催化实验,其光催化反应动力学的结论证实了金红石相TiO2的光催化反应速率较优,并对其原理进行了解释.     

TiO_2的同质多象变体的拉曼光谱特征和高压相变研究

本文对 TiO_2的同质多象变体:金红石、锐钛矿、板钛矿和铌铁矿结构型TiO_2-Ⅱ分别进行了群论分析,并对实测拉曼光谱进行了归属讨论。金红石和锐钛矿的拉曼光谱研究表明,在高压条件下,两者都表现出相变特征。金红石在压力为102kbar 时转变为铌钛矿型 TiO_2-Ⅱ,而锐钛矿在压力为54kbar 时转变为 TiO_2-Ⅱ,并且前者的相变是缓慢的过程,而后者是瞬时转变。本文的研究还显示,金红石、锐钛矿和 TiO_2-Ⅱ的拉曼谱带的频率和压力之间具有线性相关关系,其中每一个变体都有一个谱带与压力成负相关关系。     

Cu~(2+)掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2复合光催化材料的制备及性能研究

以层状偏钛酸为前驱体,硝酸铜为铜源,通过调节溶液pH值,水热法合成了Cu~(2+)掺杂的TiO_2复合光催化材料.采用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征手段对样品结构和形貌进行了分析,并考察了所合成的TiO_2基复合材料光催化降解亚甲基蓝的性能.研究结果表明,pH=0.5～1.5时层状偏钛酸完全转变成了Cu~(2+)掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2的复合物,在pH=0.5条件下制备的Cu~(2+)掺杂的TiO_2展示了较高的光催化性能.     

生物分级结构SnO2/TiO2复合催化剂的制备及光催化性能研究

选用油菜花粉为生物模板,通过浸渍-煅烧法制备具有生物分级结构的TiO_2.并使用水热法将SnO_2和生物分级结构TiO_2复合,探索不同SnO_2与TiO_2的复合比例样品对六价铬(Cr(Ⅵ))光催化还原性能的影响.XRD测试结果表明SnO_2的加入对TiO_2的晶体结构没有影响,复合样品中既存在锐钛矿结构TiO_2也存在金红石结构SnO_2;SEM测试发现TiO_2样品成功复制了花粉的精细结构,为表面有大量微孔的微米级球状颗粒,微球的直径在30～40μm之间;引入SnO_2后,TiO_2样品表面出现颗粒状的附着物,但微球的尺寸无明显变化;EDS测试发现Sn、Ti和O 3种元素均匀分布在微球表面,表明该样品中同时存在TiO_2和SnO_2;XPS测试结果表明复合样品中的Ti和Sn元素主要以Ti~(4+)和Sn~(4+)形式存在.实验在250 W高压汞灯照射条件下进行不同样品对Cr(Ⅵ)的光催化还原实验,结果表明复制了花粉精细结构的SnO_2/TiO_2样品对六价铬(Cr(Ⅵ))的光催化还原能力明显优于纯SnO_2和TiO_2样品.其中复合比例为10%的SnO_2/TiO_2样品对Cr(Ⅵ)的催化还原能力最强,在90 min内光催化还原效率达到95%,其反应速率为商用P25的6.3倍.     

氢气热处理诱导Ti_3C_2T_x MXene的结构及特征元素演变行为研究

在氢气气氛下,采用不同的温度对Ti_3C_2T_x MXene粉体进行了热处理,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDX)、X射线吸收精细结构谱(XAFS)、X射线光电子能谱(XPS)对样品的微观结构与形貌进行了测试与表征.研究表明,氢气热处理温度能够诱导Ti_3C_2T_x MXene先向锐钛矿型TiO_2及金红石型TiO_2转变,且能够保持二维层状材料结构特征.氢气退火后,Ti的K边向高能量偏移,这说明Ti原子的平均氧化态程度变高,认为与材料表面的Ti因配位环境演变而失去电子有关.该研究为实现Ti_3C_2T_x MXene结构转变及特征元素配位环境的精准调控提供了支撑.     

一步法合成锐钛矿相和金红石相TiO2的光催化活性的研究

以酞酸丁酯为钛源,利用一步合成法分别合成出锐钛矿相和金红石相TiO2,并利用XRD、BET和SEM表征其晶相、粒度和表面状态,其结果证实两种晶相TiO2具有相近的结晶度和粒度。在此前提下,通过对两种晶相TiO2进行第一性原理、DRS和ζ电位的分析,得到金红石相TiO2的光催化活性优于锐钛矿相TiO2的结论。此外,在可见光条件下,选取带不同表面电荷的三种有机物进行2h光催化实验,其光催化反应动力学的结论证实了金红石相TiO2的光催化反应速率较优,并对其原理进行了解释。     

混晶TiO_2纳米纤维负载Ag及其光催化性能

以聚乙烯吡咯烷酮和钛酸四正丁酯为前驱体,对静电纺丝法制备的TiO_2纳米纤维进行不同温度的热处理,得到混晶TiO_2纳米纤维,并进一步在不同浓度的AgNO3溶液中通过光还原法制备了Ag-TiO_2复合纳米纤维.利用X射线衍射、扫描电镜、紫外可见漫反射光谱、荧光光谱等分析测试手段对产物进行表征,研究了热处理温度与不同Ag负载量的TiO_2纳米纤维对罗丹明B降解性能的影响.实验结果表明,当热处理条件为600℃反应1h时,TiO_2纳米纤维具有最佳光催化活性,此时纤维中锐钛矿与金红石的质量比为93∶7;负载适量的Ag可显著提高TiO_2纳米纤维的光催化活性,其对罗丹明B光催化降解反应的表观速率常数k值为商用TiO_2(P-25)的3.81倍.     

铝阳极氧化膜表面TiO2的制备和表征

在钛盐溶液中,采用交流电沉积方法,在铝阳极氧化膜表面制备了TiO2薄膜.利用XRD、OM、SEM、EDS和XPS分析了该复合薄膜的结构、表面形貌及表面元素的组成和分布,并通过紫外光照下甲基橙溶液的光催化降解反应分析了薄膜的光催化活性.结果表明：该复合薄膜主要为非晶态,同时含有极少量的锐钛矿和金红石结构;薄膜表面主要由Al、O和Ti三种元素构成;电沉积过程中,氧化铝部分溶解,得到的TiO2分散地分布于氧化铝表面;该复合薄膜具有一定的光催化活性.     

CdS/TiO2复合纳米管制备和光催化性能的研究

采用阳极氧化法在纯钛箔上制备TiO2纳米管,再通过连续离子层沉积法在TiO2纳米管上沉积CdS粒子,沉积3层CdS后,进行退火处理,退火后再沉积3层CdS.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对纳米管的形貌、物相结构和元素价态等特性进行分析.结果表明:经阳极氧化法制备的TiO2纳米管为锐钛矿结构,随后沉积的CdS同时出现了立方相与六方相晶格结构,400℃退火可以显著增加立方相CdS的结晶程度;纳米管中CdS粒子的直径均小于5 nm,CdS粒子由一大一小2个纳米粒子组成,大粒子由退火过程形成.光催化实验表明:经过退火处理的CdS/TiO2复合纳米管的可见光光催化能力约是未退火样品的3倍,说明退火处理可以有效提高TiO2可见光光催化能力.     

可见光响应氮掺杂TiO2光催化剂的水热法制备与性能

以工业TiOSO4为原料,尿素为沉淀剂,采用水热均匀沉淀及其后续的掺氮热处理方法制备了氮掺杂的纳米TiO2粉体.分别采用XRD、XPS、BET、UV-VisDRS、FT-IR、TEM等方法对所制备的粉体进行了表征.以电子节能灯为光源、亚甲基蓝溶液为目标污染物研究了所制备产物的光催化活性.结果表明,水热粉体产物在900℃以下均为纯锐钛矿相,1000℃时几乎全部转变为金红石相;由XRD计算得出的颗粒尺寸与TEM的分析结果基本一致;以尿素为氮源,热处理水热粉体的XPS分析表明,N1s峰在399eV处,红外光谱进一步确认是氮取代了二氧化钛中少量晶格氧,形成TiO2-xNy(y≥x);UV-VisDRS分析显示,热处理并加入活性氮源对于吸收边的红移及降低光生电子的复合几率是必要的;水热粉体在热处理前BET为266.490m2.g-1,热处理掺氮后为144.908m2.g-1;光催化实验结果显示热处理掺氮粉体表现出较高的可见光光催化活性.     

在AAO模板上用溶胶—凝胶法制备TiO_2纳米管阵列

用二次阳极氧化法在草酸电解液中制备出有序多孔阳极氧化铝(AAO)模板,采用溶胶-凝胶法在负压辅助条件下用钛酸四丁脂Ti(OC_4H_9)_4为TiO_2前驱体溶胶浸渍AAO模板,450℃下热处理制备长度和孔径可控的TiO_2纳米管的阵列结构.剥离去除模板后,用FE-SEM、XRD对产物形貌、晶型进行表征和分析.结果表明,制备的TiO_2纳米管长约3μm,外径130 nm,内径100 nm,与AAO模板的孔径相当,且单根TiO_2纳米管分散性较好,管与管之间无团聚,说明负压辅助可提高TiO_2纳米管的连续性.XRD分析显示,TiO_2纳米管呈锐钛矿相晶型.     

功能材料二氧化钛光催化降解酸性黑染料

采用溶胶-凝胶法制备纳米粉末TiO2,运用XRD技术对样品进行了表征.以中压汞灯为光源, 在圆柱型石英光催化反应器上进行了酸性黑染料光催化反应性能考察.讨论了煅烧温度、空气流量、试液的pH值、光照时间与酸性黑染料光催化降解率的关系.实验结果表明, 煅烧温度使TiO2光催化性能得到显著改善.TiO2在400℃煅烧3h,XRD曲线上出现宽化锐钛矿型衍射峰;到500℃,所有晶粒均为锐钛矿型结构,随着煅烧温度升高,晶粒中金红石型含量相应增加;到750℃,粉末中的所有晶粒均为金红石型结构.但是对于同一煅烧温度,煅烧时间不同,晶型不发生变化.煅烧温度为600℃时,TiO2光催化活性最高.在优化实验条件下,光照140min, 酸性黑染料光催化降解率达到100%.     

钴掺杂对二氧化钛晶粒尺寸及相变的影响

通过溶胶凝胶法制备了纯Ti O_2与不同Co浓度掺杂的Ti O_2纳米粉体,并对样品进行了450、550、650℃保温2 h的热处理.采用X射线衍射仪对制得的纳米粉体进行了晶体结构表征,研究了热处理温度以及Co掺杂浓度对Ti O_2晶粒尺寸以及锐钛矿金红石相变的影响.结果表明:纯Ti O_2与Co-Ti O_2在450℃时为单一的锐钛矿;550℃时,纯Ti O_2有微量金红石生成,Co-Ti O_2仍然全部为锐钛矿;650℃时纯Ti O_2大部分转变为金红石,当Co掺杂量较低时,Co能促进锐钛矿相向金红石相的转变,而当掺杂浓度为8%时,Co抑制锐钛矿相向金红石相的转变;热处理温度升高以及Co掺杂浓度增加有利于Co Ti O_3相的生成,相同温度下,Co掺杂后Ti O_2晶粒尺寸减小.