可见光诱导TiO2光催化的研究进展

TiO₂具有稳定性好、光效率高和不产生二次污染等特点, 被认为是最有应用前景的光催化剂. 通过金属及非金属掺杂改性的方法可以将只能UV光激发的TiO₂光催化反应红移到可见光区域进行, 也可以利用表面络合或染料敏化的途径实现可见光光催化反应. 本文介绍了国内外在可见光TiO₂光催化研究方面的最新进展.     

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。     

光催化降解三氯杀螨醇的研究

利用悬浮纳米TiO₂体系, 研究了三氯杀螨醇在紫外光作用下的降解行为. 结果表明, 在波长为365 nm的400 W高压汞灯, TiO₂浓度为0.25 mg/mL, 空气流量为100 mL/min的条件下, 2 h内可完全降解三氯杀螨醇, 表观降解速率常数为0.167 min^-1. 讨论了光催化剂TiO₂的用量、光降解时间和光强等条件对三氯杀螨醇降解的影响, 同时对光催化降解三氯杀螨醇的反应机理进行了初步的探讨, 提出了可能的降解途径.     

新型N-TiO2亚甲基蓝的可见光催化脱色研究

以纳米管钛酸为前驱体, 在氨气气氛中600℃热处理, 制备得到新型氮掺杂TiO₂. 这种二氧化钛具有明显的可见光吸收, 晶型为锐钛矿. 实验表明, 对亚甲基蓝的可见光脱色性能比相同条件下处理P25-TiO₂得到的氮掺杂TiO₂高. ESR结果表明, NO修饰的束缚单电子氧空位(V_O·-8226;-NO-Ti)的生成, 是氮掺杂TiO₂具有可见光催化活性的原因.     

BiVO4/TiO2制备与光催化性能的研究进展

目前针对TiO₂和BiVO₄的改性方法有很多,但是构建异质结是最为简单的一种优化措施之一. BiVO₄/TiO₂由于二者可以相互修饰,并且具有低成本、无毒、稳定的优点,被广泛应用于光催化领域.构建理想的BiVO₄/TiO₂异质结可以进一步推动复合材料在光催化领域的发展.本文首先从化学溶液法和物理沉积法出发阐述了常用的制备方法,主要包括水热法、溶胶凝胶法、原子沉积法、磁控溅射沉积以及脉冲激光沉积;基于此,介绍了BiVO₄/TiO₂在光催化降解、光催化分解水以及光催化还原CO₂中的应用及相关机理;然后,从质量分数比、晶面工程、形貌调控、助催化剂、元素掺杂等方面介绍了优化BiVO₄/TiO₂光催化性能的方法.通过对过去的相关研究进行整理与分析,旨在为BiVO₄/TiO₂这一类宽窄带隙半导体构成的复合光催化材料提...     

掺硫多孔石墨烯对典型VOCs的光催化性能

燃料燃烧、交通运输、化工生产等过程产生的挥发性有机污染物（volatile organic compounds,VOCs）是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要物质.多相光催化反应因条件温和、直接利用太阳光驱动等优点而成为一种理想的VOCs降解技术.本研究采用密度泛函理论,计算掺杂非金属硫原子的单层多孔石墨烯（porous graphene,PG）的光催化性能,包括能带结构、能带边缘位置、分波态密度和前线轨道（highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital,HOMO-LUMO）以及它的光学吸收谱,对O₂、H₂O和VOCs分子的吸附性能等,以探讨光催化降解VOCs的可能性.掺杂硫原子后,PG材料能带的带隙大幅降低,对O₂分子的吸附能显著提高,结合能带边缘位置的结果,表明PG材料能产生更多的光生电子,并且提高了产生超氧自由基的能力.对比原始PG材料,硫掺杂PG（S-doped PG）材料的光学响应向红外区偏移,光吸收波长阈值增大,表明硫原...     

聚硅氧烷凝胶网络电解质准固态TiO2纳晶太阳电池

用聚环氧乙烷(PEO)内增塑链及季铵盐侧链并存的新型聚硅氧烷凝胶网络聚合物电解质制备了准固态染料敏化TiO2纳晶多孔薄膜太阳电池. 在入射光强为60 mW/cm2的条件下, 电池具有较好的光电转换性能, 短路光电流(Isc)及开路光电压(Voc)分别达到5.0 mA/cm2及0.68 V, 光电转换效率(η)和填充因子(ff)分别为3.4%及0.60.     

TiO2纳米晶可控合成研究取得新进展

由于本身特有的尺寸依赖性质和形状依赖性质,纳米晶(NCs)作为纳米科技的基本构筑单元之一引起了人们越来越大的研究兴趣.由于在光催化、太阳能电池、传感器和催化剂载体等很多领域的广阔应用,TiO2无疑是最受研究人员关注的纳米晶之一,其可控合成一直是一个具有挑战性的研究课题。     

活化H2O2和分子氧的光催化氧化反应

利用环境友好的氧化剂(H₂O₂或分子氧)的光催化氧化反应为有毒有机污染物消除和有机合成提供了温和及绿色的氧化途径, 该领域的研究涉及到亟待解决而又十分棘手的有毒难降解有机污染物的消除及绿色化学过程. 光催化剂活化H₂O₂或分子氧, 发生光诱导的氧向底物转移的机理和热化学过程不同, 以C/O为中心的自由基和Fe^Ⅳ=O高价金属中间物的反应机理还在争论之中. 本文对近年来国内外这方面的研究进展进行了评述.     

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50～90nm,管长约200nm,管壁厚约为15nm,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20nm.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20mg/L,电解质Na2SO4浓度为0.01mol/L,初始pH为7.03)进行光电催化降解120min.结果表明:在紫外光(400μW/cm2)或可见光(4500μW/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.     

纳米TiO2膜对罗丹明B染料的光催化降解动力学

设计了固定床型光催化反应器，采用动态快速扫描UV－Vis吸收光谱考察了有代表性的难降解染料罗丹明B在纳米TiO2薄膜表面光催化降解反应动力学行为，发现罗丹明B的光催化降解过程并不完全遵从一级反应动力学过程，由此提出了其脱色降解过程为连续不可逆两步反应的动力学模型，并通过理论推导和实验验证了这一模型。     

纳米TiO2的制备与光催化反应研究进展

TiO     

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.     

氧空位TiO2高效光催化氧化甲醛及其反应路径

通过采用一步煅烧法制备得到含大量表面氧空位的二氧化钛(TiO_2),将其应用于典型空气污染物甲醛的治理.结果表明,在流动体系的测试环境中,甲醛的最大有效去除率可达95.05%,相比于本底样品(72.52%)提高了1.31倍.研究表明,含氧空位的TiO_2不仅可以增强光吸收范围,还可以利用氧空位捕获光生电子,有效地抑制光生电子和空穴的复合,进而提高光催化活性.通过原位红外光谱对催化剂降解甲醛的反应过程进行实时动态监测,结合密度泛函理论(DFT)计算,表明TiO_2表面的氧空位可以有效地增强甲醛分子的吸附活化,存在的大量离域电子可以注入到甲醛分子中的C=O键并使其活化断裂,从而有效地减少甲醛氧化过程中甲酸的积累,加快甲醛的高效氧化去除.本研究通过分析含氧空位TiO_2对光催化甲醛氧化反应过程的影响,为光催化材料表面缺陷设计和光催化治理气相污染物提供了新的思路.     

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.     

TiO2光催化-膜分离耦合技术在水处理中的应用研究进展

光催化-膜分离耦合工艺是目前水处理研究新热点之一. 光催化技术和膜分离技术的耦合既能解决光催化技术中光催化剂回收难的问题, 又能解决或者缓解制约膜分离工艺发展的膜污染问题; 二者的耦合过程还能产生一系列的协同作用, 从而大大提高水处理的效率. 介绍了TiO₂光催化-膜分离耦合工艺常见的3种应用形式, 阐述了各自的工艺原理和特点, 并对影响光催化-膜分离耦合工艺的主要参数做一概述; 最后针对目前存在的问题对今后的发展提出展望.     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

PVP修饰的单分散的纳米TiO2制备与纳米TiO2/PP复合材料的研究

通过溶剂热合成法以乙醇为溶剂和TiCl4、Ti(OC4H9)4及其混合物为前驱物在140℃的条件下制备聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰的单分散的纳米二氧化钛(TiO2)并对其进行了表征．X-射线衍射和光电子能谱测试结果表明。我们已成功地制备了具有锐钛矿结构的纳米TiO2．透射电镜的观察结果表明。制备出的TiO2为均匀的、单分散的球形颗粒，粒径约为8nm．同时紫外-可见吸光光度分析(UV-VIS)研究表明。所制备的PVP修饰TiO2纳米材料在可见光区具有很好的透过率。而在紫外光区能有效地吸收线紫外光．说明该材料是一种紫外吸收剂．同时对纳米TiO2／PP复合材料的力学性能和老化性能进行了研究。结果表明纳米TiO2粒子的加入不仅提高了PP的力学性能。而且也改善了紫外光老化性。     

Gr(a)tzel电池用TiO2致密膜的制备和表征

选择钛酸四丁酯-石油醚溶液体系,使用浸涂、烧结方法制备了致密TiO2薄膜.利用X射线光电子能谱(XPS)测试了薄膜的组成,并用原子力显微镜(AFM)研究了制备工艺对表面形貌的影响.TiO2致密膜的透射光谱表明,该薄膜在可见光区有很好的透过率.利用该种致密TiO2膜,制备了固态Gratzel电池,其光电特性表明,所制得的致密膜起到了很好的阻隔导电基底和空穴传输层的作用.     

纳米TiO2的制备与光催化反应研究进展

TiO2多相光催化能在温和条件下实现许多在通常条件下难以实现或根本不可能进行的反应。以气相法和液相法为代表介绍了多种制备纳米TiO2的方法,液相法中又重点介绍了水解沉淀法和溶胶凝胶法,并阐述了超临界流体干燥法及其优点;介绍了光催化反应的机理及催化活性的影响因素;对以TiO2作为光催化剂在光解水、环境保护方面的无机物和有机物的降解作用、卫生保健方面杀毒灭菌作用以及有机合成等方面的应用也作了扼要阐述;对今后的研究工作做了展望。