碳纳米管-二氧化钛纳米复合材料的制备、表征及其光催化性能

为了提高二氧化钛在可见光下的光催化活性,本文采用溶胶—凝胶溶剂热法制备不同负载量的碳纳米管—二氧化钛(CNTs-Ti O)纳米复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)2、透射电子显微镜(TEM)、X-射线衍射(XRD)等对该复合材料形貌和晶型的结构进行表征;对比CNTs-Ti O2和市售Ti O(P25)UV-vis2图谱,结果显示P25只能吸收单一的紫外光,而CNTs-Ti O2则在紫外和可见光下均有良好的光吸收性,并且随着CNTs含量的增加,CNTs-Ti O2对光的吸收性能越好;采用降解亚甲基蓝(MB)溶液研究CNTs-Ti O2的光催化活性,实验结果表明CNTs-Ti O2在可见光下具有良好的光催化性能。上述结果表明可以将CNTs-Ti O2纳米复合材料应用于降解工业废水污染物。     

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。     

二氧化钛/石墨烯光催化降解草酸的研究

以钛酸四丁酯和氧化石墨烯为原料,采用水热法制备了二氧化钛/石墨烯(Ti O2/RGO)复合光催化剂,用XRD、TEM、UV-Vis DRS对光催化剂进行了表征.研究了其在紫外光和模拟太阳光条件下对草酸的光催化降解性能,结果表明,与Ti O2相比,Ti O2/RGO在紫外光条件下,反应10 min后对草酸的光催化降解率增加了2.97%,这主要是因为石墨烯为Ti O2提供了电子转移场所,提高了电子-空穴的分离效率;而在模拟太阳光条件下,反应10 min后Ti O2/RGO对草酸的光催化降解率增加了9.05%,除了提高量子利用率外,石墨烯的加入使得Ti O2的吸收边带红移,增加了对可见光的吸收.同时发现p H主要是通过影响催化剂表面电荷、电势以及对目标物的吸附来影响Ti O2/RGO光催化活性.添加叔丁醇(TBA)的光催化实验结果表明:·OH是Ti O2/RGO光催化体系中的主要活性物质之一.     

Ti掺杂Bi2O3的光催化性能

采用溶胶—活性炭浸渍法制备了掺杂不同比例Ti的Bi2O3粉体光催化剂,并利用X射线衍射分析(XRD)、BET比表面积测试法(BET)、扫描电镜分析(SEM)、紫外—可见光漫反射谱(UV-Vis DRS)等技术对其进行了表征。表征结果显示,掺Ti的Bi2O3样品在紫外区有比纯Bi2O3更强的吸光性能。通过对甲基橙在紫外光(λmax=365 nm)下的降解实验评价光催化剂的光催化活性,考察不同钛掺杂量及不同焙烧温度对光催化性能的影响。结果表明,当光催化剂中钛掺杂摩尔百分含量为3%,焙烧温度为300℃,其光催化活性最好。当催化剂用量为2 g/L时,在120 min内,对浓度为20 mg/L的甲基橙溶液进行光催化降解,其降解率达96.4%。     

Ag-AgBr/TiO_2光催化剂的制备及其降解染料的研究

采用简单的沉积沉淀法制备了Ag-Ag Br/Ti O2复合光催化剂.通过粉末X射线衍射和紫外-可见漫反射表征了催化剂的结构和光学性质.进而,使用X射线光电子能谱验证了Ag-Ag Br/Ti O2表面的Ag物种以Ag(0)和Ag(I)形式存在.研究表明分别在可见光和紫外光照射下液相降解罗丹明B,与单独的Ti O2相比,Ag-Ag Br/Ti O2有更高的光催化活性.此外,还研究了在光催化过程中电子的传输路径.基于表征结果和光催化活性,观察到和讨论了Ag-Ag Br和Ti O2的协同作用.     

CNTs/TiO_2复合物的水热法合成及其光催化性能

利用水热法制备了高活性碳纳米管(CNTs)/Ti O2光催化剂,采用XRD,IR,SEM和UV等手段表征了其结构及表面组成,并以偶氮类染料EBPV为目标物评价了该催化剂在可见光下的光催化效果。结果表明:CNTs/Ti O2复合物为锐钛矿型,粒子为球状和类球状;与Ti O2相比,CNTs/Ti O2复合物吸收峰移至可见光区;在实验条件下其对目标物的可见光催化降解效率达95%以上。实验表明,在水溶液中EBPV的光催化降解过程服从准一级动力学方程。9次循环利用后,CNTs/Ti O2复合物的光催化活性降低了5%。     

TiO2/γ-MnO2纳米复合物的制备及其在可见光下的催化性能

采用一步水热法,以三氯化钛（TiCl3）和高锰酸钾（KMnO4）为原料制备了二氧化钛/二氧化锰（Ti O2/γ-MnO2）复合材料.通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）研究了复合物的形貌和晶型,通过UV-Vis吸收谱分析了复合材料的吸光性能,复合材料在紫外-可见光波长范围内均有较好的吸光性能,并估算出其能隙大小约为3.03 eV.该复合材料在可见光下降解罗丹明（RhB）的催化结果表明,其在可见光下具有较好的光催化性能,Ti与Mn的摩尔比约为54∶1时,达到最佳催化效果.     

离子注入制备锐钛矿型Fe:TiO2薄膜紫外光、可见光和自然光催化效果研究

采用溶胶-凝胶法制备纳米Ti O2薄膜,然后用金属蒸汽真空弧(metal vapour vacuumarc,MEVVA)离子注入机注入从6×1015~6×1016cm24种注量的Fe离子,制备复合纳米Fe:Ti O2薄膜.用UV-Vis透射光谱和XRD对催化剂进行了表征.对薄膜在紫外光、可见光和自然光下降解甲基橙的光催化脱色效果进行了研究.     

Sm~(3+)掺杂纳米TiO_2的制备及其可见光光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备Sm3+掺杂Ti O2催化剂,以可见光照下罗丹明B的光催化降解为模型反应考察其光催化性能。结果表明在煅烧温度500℃、Sm3+掺杂量1%时所制的Sm3+-Ti O2具有最优异的光催化性能。紫外可见漫反射(DRS)、扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附(BET)等表征结果表明,稀土Sm3+的掺杂不仅使Ti O2的光吸收带边拓展至可见光区,而且抑制了Ti O2晶相由锐钛矿向金红石相的转变以及晶粒的烧结,增大了其比表面积,从而使Sm3+-Ti O2具有良好的可见光催化性能。     

钒掺杂改性层状钙钛矿K2La2Ti3O10的光催化性能

通过高温固相法,制备出V5 掺杂的K2-xLa2Ti3-xVxO10 (x=0～1.0) 系列层状钙钛矿.采用X 射线衍射、紫外可见漫反射光谱和比表面积对样品进行表征.研究K2-xLa2Ti3-xVxO10 作为光催化剂在波长大于290 nm 光辐射下,裂解水产生氢气的光催化活性,并讨论V5 掺杂对层状钙钛矿K2La2Ti3O10 光催化活性的影响.实验结果表明,适量掺杂的V5 可有效地提高K2La2Ti3O10 裂解水的光催化活性,450 W 汞灯照射5 h 后,1 g的K2-xLa2Ti3-xVxO10(x=0.1) 光催化剂可催化分解甲醇溶液(体积分数为10%)产生氢气约16 μmol.     

Cu2ZnSnS4/Zn(O,S)异质结薄膜太阳电池的数值仿真研究

Zn(O,S)具有带隙宽、原料丰富且环保的优点,是一种很有潜力的CdS替代缓冲层。本文采用Solar Cell Capacitance Simulator (SCAPS)软件,对CZTS/Zn(O,S)/Al:ZnO 结构的薄膜太阳电池进行数值仿真,主要模拟研究Zn(O,S)的禁带宽度和电子亲和势、缓冲层的厚度及掺杂浓度、环境温度对电池性能的影响。结果表明：当Zn(O,S)的厚度和载流子浓度分别为50 nm和10₁₇ cm_-3时,电池的转换效率可达14.90％,温度系数为-0.021%/K。仿真结果为Zn(O,S)缓冲层用于CZTS太阳能电池提供了一定的指导。     

Cu_2ZnSnS_4粉体材料的制备及其性能研究

采用固相反应法制备了Cu2ZnSnS4(CZTS)粉体材料,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对样品的形貌和晶体结构进行了表征,采用紫外-可见-近红外分光光度计对样品的光学性能进行了测试,研究了热处理温度对CZTS样品的晶体结构、光吸收系数和禁带宽度等性能的影响关系.研究结果表明:使用固相反应法在热处理温度高于500℃时,得到的CZTS粉体材料结构为典型的锌黄锡矿晶体结构,其禁带宽度为1.45eV,SEM照片显示样品粒径为50μm的粉体.该材料可以用来压制CZTS靶材,可以用在CZTS薄膜材料的制备领域.     

Nb_2O_5-TiO_2复合氧化物结构与光催化性能研究

采用共沉淀法制备Nb2O5-TiO2复合氧化物,通过XRD、LRS和UV-vis DRS等方法考察Nb/Ti原子比和焙烧温度对Nb2O5-TiO2复合氧化物结构的影响,以水体中苯酚的降解为探针反应考察复合氧化物的光催化活性.结果表明,Nb2O5-TiO2复合氧化物结构与Nb/Ti原子比和制备温度有关.随着Nb5+进入TiO2晶格,在可见光区域形成一新的吸收带,该吸收带强度随Nb/Ti原子比和焙烧温度变化,当焙烧温度高于973 K时,可见光区域吸收带消失.低Nb/Ti原子比下,Nb5+对TiO2由锐钛矿相向金红石相转变具有抑制作用,而高的Nb/Ti原子比下Ti4+对Nb2O5晶相结构具有导向作用.复合物对水体中苯酚的光催化降解活性随着Nb/Ti原子比增加而降低.     

La掺杂对SrTiO_3纳米颗粒光催化性能的影响

采用高温固相反应法,向SrTiO_3中掺杂不同含量La制备光催化剂,通过XRD、SEM、UV-Vis等手段对其结构和形貌进行表征,并以罗丹明B(RhB)为模拟污染物,研究掺杂不同含量La所制催化剂对RhB的光催化降解能力的影响,从而评价所制催化剂的光催化性能。结果表明,随着掺La含量的增加,所制催化剂的晶体结构从SrTiO_3的立方晶系逐步向La_2Ti_2O_3的单斜晶系转变;La掺杂使得所制催化剂的禁带宽度减小、对紫外光的吸收阈值增大,使其光催化性能得到显著提升;掺La含量越高,所制催化剂的光催化性能越好。     

新型(NH4)2Er5F17/TiO2复合可见光催化剂的制备及光催化活性研究

通过一步水热法制备了含稀土Er的(NH₄)₂Er₅F₁₇/TiO₂复合光催化剂,利用稀土元素f 电子的特征跃迁吸收将催化剂的光吸收范围拓展至可见光,通过罗丹明B（RB）染料模拟水中的污染物,对其进行光催化降解,并通过XRD、UV-vis、TEM、EDX-mapping、XPS、PL对催化剂样品进行了表征。结果表明,形成的稀土基化合物(NH₄)₂Er₅F₁₇粒径约为50nm,具有良好的六方型结晶形貌,实现了与商用P25 TiO₂的有效复合,稀土Er³⁺在可见光区522nm、487nm、654nm和800nm处出现的特征吸收峰拓展了复合光催化剂的可见光响应。对不同n(Er)/n(Ti)复合催化剂催化活性的评价表明,当n(Er)/n(Ti)=0.02时,由于(NH₄)₂Er₅F₁₇在TiO₂载体上均匀分散,有较强的光吸收,复合光催化剂的电子空穴复合率较低而表现出对RB最高的可见光催化降解活性。     

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.     

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.     

预制层结构对CZTS薄膜微观组织和光学性能的影响

研究了叠层顺序对磁控溅射沉积铜锌锡硫（CZTS）吸收层的微观结构、表面形貌和光学性能的影响.试验结果表明：当预制层结构为Cu/ZnS/SnS₂时,制备的CZTS薄膜在（112）晶面具有择优生长取向,并具有较好的结晶一致性,在288,335和368 cm^-1处呈现出特征拉曼（Raman）峰,薄膜表面晶粒较大、形状规则、薄膜空隙较少、比较致密,可见光范围内的吸收系数较高,光学带隙1.5 eV,适合作为CZTS薄膜太阳能电池的吸收层;当预制层结构为SnS₂/Cu/ZnS和ZnS/SnS₂/Cu时,由于在预制层硫化过程中造成一定的Zn和Sn流失,使CZTS薄膜中含有CuS杂相,导致薄膜表面质量下降,禁带宽度增加,不适合做CZTS薄膜太阳能电池的吸收层.     

WO3／TiO2复合光催化剂的制备及其光催化性能研究

以钛酸丁酯、钨酸铵为原料,通过溶胶．凝胶法合成了WO3／TiO2复合光催化剂．研究了冰醋酸、无水乙醇加入量对胶凝时间的影响,以及钨掺杂量对产物光催化性能的影响．利用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）对制备的粉体进行了表征,并通过光催化降解甲基橙评价催化剂的光催化性能．结果表明,冰醋酸、无水乙醇加入量分别为1mL、10mL时,可得到稳定、透明的凝胶,钨掺杂量为0．12％（W和Ti的物质的量比即n（W）：n（Ti）,以下同）时光催化效果最好．在实验范围内,产物中未出现W-O键的红外吸收峰．