TiO2可见光催化活性的拓展及应用

 探讨了TiO₂的光催化反应机理及目前TiO₂光催化剂改性的5种方法,即掺杂改性、表面螯合与衍生、半导体复合、染料光敏化和导电聚合物包覆。综述了几种改性方法对TiO₂光催化活性的影响。探讨了改性TiO₂光催化氧化在实际中的应用,并展望了TiO₂光催化研发的趋势。     

纳米TiO2光催化降解乙酸

以廉价无机盐为原料, 采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO₂光催化剂, 研究其对乙酸的光催化降解过程. 考察了TiO₂光催化剂处理温度、 用量、 反应液pH值、 污染物初始浓度、 共存离子等因素对光催化降解乙酸的影响, 获得了较好的光催化效果.     

可见光响应的Ag3VO4/TiO2制备及其催化活性的研究

采用微波辅助溶胶-凝胶方法制备了对可见光响应的Ag₃VO₄/TiO₂纳米光催化剂,并对制备的样品进行XRD、UV-Vis DRS、N₂吸附-脱附、SEM等表征。结果表明,Ag₃VO₄掺杂量的不同,对光催化降解效果有不同的影响。Ag₃VO₄掺杂量为1 %时,Ag₃VO₄/TiO₂复合光催化剂具有较强的催化性能,而随着Ag₃VO₄掺杂量的增加,催化剂的活性逐渐降低。用500 ℃煅烧的掺杂量为1 %的Ag₃VO₄/TiO₂复合光催化剂降解罗丹明B,4 h后降解率可以达到80 %。     

Au/TiO2的制备方法对其SPR的影响

纳米金粒子沉积在TiO₂表面制得具有表面等离子体共振效应(SPR)的Au/TiO₂,是目前提高TiO₂光催化剂对太阳能的利用率和量子效率的重要途径之一,本文以氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)和P25型纳米TiO₂为原料,采用紫外可见分光光度计探讨了温度对化学还原制备金溶胶的SPR的影响; 并以紫外漫反射进行表征.比较了化学还原热沉积法、化学还原光沉积法和光还原沉积法制得Au/TiO₂的SPR差异,结果表明,光还原沉积法是一种高效、经济且环境友好型制备较强SPR的Au/TiO₂的方法.     

典型稀土元素修饰的二氧化钛光催化性能研究进展

TiO₂的禁带宽度较宽,其带隙值一般为3.0～3.2 eV,将其光激发区域限制在紫外光区域,大范围的可见光甚至近红外光区的光子都没有被利用起来.此外,TiO₂较高的电子—空穴对重组率也导致了其具有活性的光生载流子寿命降低,限制了TiO₂作为光催化剂的效率.为了使这些问题得到妥善解决,可采用稀土元素(镧系元素)改善TiO₂表面形貌、晶体类型、光学特性和光催化性能.综述了近年来被用作TiO₂修饰改性的热门镧系元素的研究,重点阐述了镧系元素如何修饰改性TiO₂,使其性能提升远超过纯TiO₂,并介绍了镧系元素-TiO₂在光催化和电子电器方面的应用.稀土元素的修饰可通过减小带隙,将TiO₂工作波长从紫外光区移到可见光区域,抑制锐钛矿相到金红石相的转变,以及减弱光生电子对的重组效率等方式提高TiO₂的光催化效率.     

钴掺杂纳米TiO2的光电催化活性研究

通过水热法制备Co掺杂纳米TiO₂,采用SEM、粒径分布仪、XRD、XPS、BET等对钴掺杂纳米TiO₂样品进行了表征。在电化学工作站上,以压片法制备的光催化剂为阳极,石墨片为阴极,在低功率的紫外灯和可见光灯下通以1.5 V恒电压光电降解罗丹明B 90 min,研究了不同物质的量比的Co-TiO₂的光电催化活性。通过实验研究发现：样品0.5% Co-TiO₂在紫外灯照射下的降解率最高,为77.25%,比纯TiO₂的降解率高12.53%;样品0.5% Co-TiO₂在可见光照射下的降解率达52.22%,比无光照时的降解率高17.15%。以上研究结果表明以压片法制备的催化剂阳极可较大程度地提高光催化降解效率,且稳定性较高,具有很好的发展前景。     

铁掺杂TiO2纳米粒子光催化氧化庚烯的研究

采用新的合成路线制得掺铁TiO₂纳米粒子, 通过光催化降解庚烯研究其气固复相光催化性能, 用XRD, UV-vis和XPS等方法研究了掺铁TiO₂纳米粒子的晶体结构、 光吸收特性及表面化学形态. TiO₂纳米粒子掺杂Fe³⁺后, TiO₂的光吸收阈值发生红移, 向可见光区拓展; Fe³⁺掺杂浓度和焙烧温度对掺铁TiO₂纳米粒子的气 固复相光催化降解活性有很大影响, 实验结果表明, 掺铁量为0.5%(摩尔分数), 焙 烧温度300 ℃时光催化降解活性最好.     

复合催化剂AgI-Ag3PO4/TiO2纳米带的制备及其光催化性能研究

通过化学沉淀法在TiO₂纳米带上首先制备了Ag₃PO₄/TiO₂,然后利用离子交换法成功将AgI负载到Ag₃PO₄上,制备了具有优异催化活性的复合催化剂AgI-Ag₃PO₄/TiO₂。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X-射线衍射仪（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）等分析方法对复合催化剂的形貌、晶型结构、元素组成等进行了表征,结果表明：TiO₂纳米带形貌规整,宽度在50~400 nm之间,AgI-Ag₃PO₄纳米颗粒均匀地负载于TiO₂纳米带表面;TiO₂纳米带晶型为典型锐钛矿相,AgI为六方晶相的β-AgI,Ag₃PO₄为立方晶相;AgI-Ag₃PO₄/TiO₂中Ag元素以+1价态存在于催化剂中,没有Ag单质析出,表明复合催化剂结构稳定。以罗丹明B作为复合光催化剂的模型反应物,评估了不同批次、AgI/Ag₃PO₄不同比例催化剂的光催化性能,结果显示：AgI-Ag₃PO₄/TiO₂系列催化剂的催化活性均高于单独的TiO₂、Ag₃PO₄和AgI;当AgI与Ag₃PO₄物质的量比为3∶5时,AgI-Ag₃PO₄/TiO₂具有最高的光催化效率,该催化剂在30 min后对罗丹明B的降解率可达到98.7%,并且在多次重复实验后仍然保持较高的催化活性。     

溶剂热法制备TiO2/g-C3N4及其光催化性能

采用溶剂热法合成了可见光响应的TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂,并对TiO₂/g-C₃N₄进行质子化处理。通过X射线衍射（XRD）、氮气吸附-脱附BET法、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、紫外-可见漫反射（UV-vis DRS）和荧光光谱（PL）等方法对样品进行了表征,并以甲基橙（MO）光催化降解为模型反应,考察了可见光下制备的样品的光催化性能。结果表明,多孔TiO₂纳米晶与g-C₃N₄形成具有"芝麻饼"形貌的复合结构;TiO₂/g-C₃N₄复合光催化剂的光吸收带边扩展到465 nm,较TiO₂出现明显红移;TiO₂与g-C₃N₄能带匹配耦合,有效地抑制了电子与空穴的复合;质子化处理过程能够提高可见光区吸收强度和电子的传导能力,增强了TiO₂的光催化活性。     

纳米TiO2表面改性剂与分散溶剂的相容性研究

溶液共混法合成纳米复合材料可以控制纳米颗粒的粒度分布和表面性质，从而改善其在有机基体中的分散情况。纳米TiO₂因具有优异的光电性能在光学器件、光催化、传感器等领域得到广泛应用，其中纳米TiO₂在溶剂中的均匀分散，是溶液共混法制备高折射率纳米复合材料的重要前提。本研究采用3种不同碳官能团的硅烷偶联剂对纳米TiO₂表面进行改性，可以将其分散在极性不同的3种有机溶剂中，得到透明稳定的分散液。结果表明，纳米TiO₂经过3种硅烷偶联剂改性后，在庚烷、乙酸丁酯、正丁醇中的中位粒径(D₅₀)分别为13.5、19.6、22.1 nm，分布系数(PDI)分别为0.038、0.231、0.171。动态光散射(DLS)测量和透射电子显微镜(TEM)观察结果表明，纳米TiO₂在庚烷、乙酸丁酯、正丁醇中均表现出良好的分散性。Turbiscan稳定性分析仪评估结果表明，具有相同纳米TiO₂质量分数的纳米TiO₂分散液具有不同的分散稳定性，说...     

Z型Cu2O-(rGO-TiO2)光催化剂的制备及其对甲基橙的降解性能

通过简易的三步合成法成功制备出在日光下对甲基橙(MO)具有良好光催化性能的Z型Cu₂O-(rGO-TiO₂)光催化剂.与传统二元异质结不同,还原氧化石墨烯(rGO)作为中间介质可促进光催化剂量子效率的提升,可提高Cu₂O-TiO₂的氧化还原能力.当rGO负载量(质量分数)为1%时,Cu₂O-(rGO-TiO₂)具有最佳的光催化活性.采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)研究光催化剂的形貌结构和光学性质,采用探针法和光致发光光谱(PL)分析并验证了Z型光催化体系. Cu₂O-(rGO-TiO₂)光催化剂厚度约32.24 μm,Cu₂O呈多面柱状结构,以{111}晶面(具有良好的光催化活性)为主,TiO₂纳米颗粒均匀分散在二维单层褶皱片状结构的rGO表面,Cu₂O、TiO₂和rGO组成了Z型光催化体系.分别探究不同光源和rGO负载量对光催化性能的影响.结果表明:在模拟太阳光照射条件下,中间介质rGO的存在提升了量子效率,增强了光催化剂性能,Cu₂O-(1%rGO-TiO₂)光照2 h对甲基橙的催化降解率为58%.该Z型光催化剂可被应用于染料废水的降解,研究结果为环境治理提供了新的技术发展思路.     

氧化硅基底负载TiO2薄膜的制备及其光催化应用研究

以钛酸丁酯为钛源，乙酰丙酮和冰醋酸为水解抑制剂，聚乙二醇为致孔剂，制备了一种稳定的TiO₂水溶胶。采用浸渍提拉法将TiO₂溶胶负载到活化的载玻片上，再经180℃水热或500℃煅烧得到TiO₂薄膜催化剂。采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线晶体衍射（XRD）和Raman光谱等分析手段对样品进行了表征，结果表明：TiO₂薄膜是由粒径为8~12 nm的球形颗粒组成的多孔结构，其晶型为结晶度良好的锐钛矿。以甲基橙为光降解物，在紫外灯下测试薄膜的光催化性能，结果显示煅烧处理的TiO₂薄膜催化剂的光催化活性优于水热处理，对低浓度甲基橙的降解效率达90%以上，并且多次重复使用后光催化活性基本保持不变。     

基于碳量子点的TiO2改性及降解污染物性能

采用溶胶-凝胶法合成掺入碳量子点(CQDs)的TiO₂纳米复合光催化剂,通过荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、扫描电镜等进行表征,并在可见光下降解亚甲基蓝(MB)染料溶液以评价其光催化性能.研究表明,CQDs具备上转换荧光特性,掺入CQDs的TiO₂样品可见光响应明显提升.水热法180℃下反应6h制备的CQDs,其溶液加入量为10mL时TiO₂/CQDs样品光催化活性最高,115min后MB的降解率达80%.TiO₂/CQDs样品主要以锐钛矿相存在,颗粒呈球形,比表面积高达200m³·g^-1.     

2D TiO2/Ag3PO4异质结复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶剂热法制备了二维TiO₂纳米片（2D TiO₂）,然后通过原位生长法在其表面沉积Ag₃PO₄,得到2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合光催化材料。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见分光光谱法（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附法（BET）等手段对催化材料进行了表征,评价了2D TiO₂/Ag₃PO₄在可见光下催化降解罗丹明B （RhB）的性能,并结合荧光和电化学测试结果,提出了2D TiO₂/Ag₃PO₄的可见光催化机理。结果表明,2D TiO₂/Ag₃PO₄的吸附-光催化降解性能随着Ag₃PO₄含量的增加而提高;少量H₂O₂可以极大地提高2D TiO₂/Ag₃PO₄的光催化活性;光催化降解RhB过程中的主要活性物质是·OH和·O^-₂,异质结的存在使2D TiO₂/Ag₃PO₄具有比2D TiO₂更优异的光催化活性、电荷分离能力和更快的光电子转移速率。     

纳米TiO2@酵母碳球对盐酸四环素的吸附-光催化协同效应及响应面优化

通过生物自组装法制备得到纳米TiO₂@酵母碳球复合光催化材料,采用扫描电子显微镜和X-射线衍射仪对样品进行表征。以盐酸四环素作为目标污染物,分析了TiO₂负载量对样品光催化性能的影响,同时对酵母碳球与纳米TiO₂之间的吸附-光催化协同效应进行了分析和评价。实验结果表明：纳米TiO₂在酵母碳球表面的负载显著地提升了纳米TiO₂@酵母碳球的光催化性能,当纳米TiO₂与酵母质量比为1：1时,所制备的TiO₂@酵母碳球对盐酸四环素的光催化效果最佳,具有较好的吸附-光催化协同效应。响应面优化实验表明：当反应温度为40.2℃,pH为5.89,催化剂、盐酸四环素的浓度比为0.76时,体系对盐酸四环素的光催化降解率达到90.86%。     

Influence of annealing temperature on structure and photocatalytic activity of TiO2 thin films prepared by DC reactive magnetron sputtering method

Transparent TiO₂ thin films were successfully prepared on high purity silica substrates by DC reactive magnetron sputtering method and annealed at different temperatures. The effects of the annealing temperature （300-600 ℃） on crystalline structure, morphology, and photocatalytic activity of the TiO₂ thin films were discussed. The photocatalytic activity of the films was evaluated by photodegradation of methylene blue solution. With increasing annealing temperature, the photocatalytic activity of the TiO₂ thin films gradually increased because of the improvement of crystallization of anatase TiO₂ thin films. At 500 ℃, the TiO₂ thin film shows the highest photocatalytic activity due to the improvement of crystallization of anatase TiO₂ thin films. When the annealing temperature increases to 600 ℃, the photocatalytic activity of thin film decreases owing to the formation of rutile phase and the decrease of surface area.     

TiO2纳米颗粒胶体活化系统设计及流场仿真分析

紫外光(UV)诱导纳米颗粒胶体射流加工可实现硬脆晶体材料亚纳米级超光滑表面的加工,根据其材料去除原理可知,伴随抛光过程的进行,胶体中TiO₂纳米颗粒表面会吸附一层工件表面的被去除原子,从而影响TiO₂纳米颗粒胶体的活性和光催化性.为了实现TiO₂纳米颗粒胶体的循环使用,基于O₃/UV高级氧化法对使用后的TiO₂纳米颗粒胶体再活化机理进行了研究,同时结合紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统设计了TiO₂纳米颗粒胶体活化系统,对系统内的再活化反应室结构进行了流体动力学仿真,仿真结果表明其结构设计满足TiO₂纳米颗粒胶体的活化要求.     

磁性g-C3N4-Fe3O4复合纳米材料的制备及其光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素的研究

以三聚氰胺和铁盐为原料制备磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料, 并探究不同反应条件对其光催化降解3 种喹诺酮类抗生素(洛美沙星LOM、氧氟沙星OLF和环丙沙星CIP)的影响。光催化反应的优化条件如下: 抗生素初始浓度为3.0 mg/L, g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料初始剂量为 0.60 g/L, 温度为25℃, pH=7。在优化条件下, 洛美沙星、氧氟沙星和环丙沙星光照100分钟的降解率分别为83.6%, 60.9%和99.0%。XRD 和UV-vis分析表明, 石墨相g-C₃N₄与 磁性Fe₃O₄之间存在强烈的相互作用, 导致生成更多光生电子–空穴对, 增强复合纳米材料的光催化活性。重复循环利用5次后, 磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的回收率大于90%, 光催化降解效率保持在60%以上。