CuO/TiO2复合材料制备与光催化性能研究

采用溶胶—凝胶法在550℃热处理条件下制备纯TiO₂及CuO/TiO₂复合光催化材料.通过X射线衍射、扫面电子显微镜和荧光光谱等方法对催化剂的晶体结构、微观形貌，以及光生电子和空穴复合率进行表征，并以亚甲基蓝作为目标污染物，研究其光催化性能.结果表明，采用550℃热处理工艺制备的纯TiO₂为锐钛矿结构，Cu元素加入后，TiO₂中出现了微量的金红石，促进了锐钛矿向金红石转变，并且产生了CuO相，形成了CuO/TiO₂复合材料.CuO的产生有利于抑制光生电子与空穴的复合，但CuO/TiO₂对亚甲基蓝的降解率低于纯TiO₂,这可能是CuO/TiO₂复合材料的纳米颗粒团聚现象增强，比表面积降低所致.     

ZIF-8修饰同质异相结TiO2的光催化固氮性能研究

光照条件下合成了微量ZIF-8定向修饰同质异相结TiO₂的ZIF-8/TiO₂复合材料以提高TiO₂的光催化固氮能力.利用X射线衍射(XRD)、场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、UV-Vis漫反射谱、电化学阻抗谱等对合成材料的结构组成、形貌及光电性能等进行表征.结果表明,适量的ZIF-8修饰除了能显著增加TiO₂复合材料的比表面积和改善孔径分布范围之外,还能增强对可见光的吸收能力以及光生电荷的分离能力.光催化测试结果表明,ZIF-8/TiO₂-3复合材料的平均固氮速率达到了742μmol·L^-1·g^-1·h^-1,约为同质异相结TiO₂的3.78倍,ZIF-8的3.71倍.经5次光催化循环后其光催化性能几乎没有衰减,表现出较好的光催化固氮活性和高的稳定性.为光催化固氮材料的设计提供了参考.     

过渡金属掺杂TiO2纳米片的制备及其增强光催化性能研究

以钛酸四丁酯(TBOT)为反应物前驱体,采用溶剂热法制备了一系列过渡金属(TM=Mn, Co, Ni, Cu, Zn)掺杂TiO₂(TM-TiO₂)纳米片状结构光催化材料.利用XRD,TEM,UV-Vis DRS,XPS等手段表征了材料的结构、形貌及光学特性.通过罗丹明B(RhB)降解实验测试了上述材料的光催化活性并讨论了光催化作用机理.实验结果表明：与纯TiO₂相比,TM-TiO₂的光催化活性明显增强,不同的TM掺杂浓度对TM-TiO₂光催化性能的影响存在一定的差异,其中Cu-TiO₂表现出相较于其他4种过渡金属离子掺杂TiO₂更优的光催化性能.TM-TiO₂光催化性能的提高得益于离子掺杂在TiO₂晶格中引起的局部晶格畸变增强了TiO₂的光吸收能力,同时有效促进了光生电子与空穴的分离.     

无模板合成磁性核壳Fe3O4@MoS2@介孔TiO2光催化剂及其在废水处理中的应用

二氧化钛(TiO₂)光催化剂在环境修复领域被重点关注和广泛研究。然而，仅响应紫外光(<5%的太阳光)、光生电荷分离效率低和回收困难等缺点严重阻碍了其实际应用。本文通过结合简单、绿色、无模板的溶剂热法和超声水解法制备出可磁分离的Fe₃O₄@MoS₂@介孔TiO₂ (FMmT)光催化剂。研究发现，FMmT具有更大的比表面积(55.09 m2·g?1)，更强的可见光响应能力(~521 nm)以及更高的光生电荷分离效率。此外，光照300 min后，FMmT对亚甲基蓝(MB)、罗丹明B(RhB)和四环素(TC)的光催化降解效率分别为99.4%、98.5%和89.3%，相应的降解速率常数分别是纯TiO₂的4.5、4.3和3.1倍。由于具有高饱和磁化强度(43.1 A·m2·kg?1)，FMmT可在外加磁场作用下实现有效回收。光催化活性的提高与活性中间层(MoS₂)对光生电子的有效传输以及异质结(MoS₂@TiO₂)对电子–空穴的高效分离密切相关。同时，介孔TiO₂壳层优异的光捕集能力和丰富的反应位点可使FMmT的光催化效率得到进一步提高。本工作首次提出将MoS₂作为活性中间层，并将其与介孔TiO₂壳层相结合，为磁性光催化剂的设计和性能优化提供了新方法和实验依据。     

在FTO上垂直生长的TiO2纳米棒及其光电性能

为提高纳米TiO₂材料的光催化性能,通过一步水热法在FTO衬底上垂直生长了TiO₂纳米棒.实验结果表明：TiO₂纳米棒的凸起结构具有较大的电化学比表面积,电荷转移电阻小;作为光电化学电池(photoelectrochemical cell, PEC)光阳极材料,TiO₂纳米棒在光源下的自供电光电流密度可达0.373 mA·cm^-2.增强的光电流归因于其特殊的结构,该结构能有效提高TiO₂纳米棒的光生电子-空穴分离效率.     

锆掺杂TiO2负载锰铈氧化物低温催化还原NOx

采用溶胶-凝胶法制备TiO₂、ZrO₂和不同比例TiO₂-ZrO₂等载体,超声波浸渍负载一定量的Ce-Mn活性组分.通过扫描电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱和比表面积（BET）法对催化剂进行表征,并考察催化剂的氨气低温催化还原NO_x的活性.结果表明,TiO₂-ZrO₂（3:1,摩尔比）载体为介孔材料,颗粒粒径较小且高度分散,比表面积高达151 m²·g^-1由于Zr⁴⁺取代Ti⁴⁺掺杂进入TiO₂晶格内,导致其晶格畸变,抑制TiO₂晶型转变,获得了良好的热稳定性,加之活性组分以无定形态存在,催化剂表面存在Ce³⁺/Ce⁴⁺氧化还原电对,从而提高催化剂的低温催化还原活性.在550℃下焙烧的催化剂10%Ce（0.4）-Mn/TiO₂-ZrO₂（3:1）的活性最高,其在140℃、体积空速67000 h^-1的条件下,NO_x的转化率达到99.28%.140℃时单独通入体积分数为10%的H₂O以及同时通入体积分数为10%H₂O和2×10^-4SO₂,催化剂显示出较强的抗H₂O和SO₂中毒能力.     

二氧化钛-聚萘/硫正电极的制备及其电化学性能

以3,4,9,10-二萘嵌苯(PTCDA)为原料成功合成聚萘(PPN),然后利用硫代硫酸钠为硫源,通过化学还原法制备聚萘/硫(PPN/S)复合材料,接着在PPN/S外表面包覆一层二氧化钛(TiO₂),最后制备出二氧化钛-聚萘/硫(TiO₂-PPN/S)复合材料.采用扫描电镜、X-射线衍射和热重分析对复合材料TiO₂-PPN/S进行表征; 采用充放电测试系统和电化学工作站对TiO₂-PPN/S电极的电化学性能进行测试.结果表明:PPN/S复合材料表面被TiO₂成功包覆,制得一种新型TiO₂-PPN/S复合材料; TiO₂-PPN/S电极具有良好的循环稳定性,在电流密度为400 mA·g^-1时,首次放电容量达到1 334.8 mA·h·g^-1,循环150次后,放电容量仍保持在691.4 mA·g^-1; 与含硫量相当的PPN/S电极相比,TiO₂-PPN/S电极具有更佳的电化学性能.     

纳米TiO2的制备及其稀土元素掺杂的光催化性能研究进展

二氧化钛是一种半导体材料,具有化学稳定性强、成本低、无毒害、催化活性高等优点,被广泛应用于能源和环保等领域。然而,宽的带隙(3.2 eV)导致TiO₂对可见光的利用率较低,很大程度上限制了其在光催化方面的应用。为了抑制二氧化钛光生载流子的复合,促使二氧化钛的光生电子-空穴对向表面迁移,增加光量子效率,并拓展其在可见光区的光谱响应范围,提高其对太阳能的利用率,许多研究者都通过掺杂等方法对其进行了研究。总结了纳米二氧化钛的制备方法及稀土元素掺杂改性后对其光催化活性的影响,并分析了稀土元素掺杂提高TiO₂光催化活性的原因。     

染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的研究进展

介绍了染料敏化太阳能电池(DSSC)的结构和工作原理,针对目前全世界关于染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极的改性进展进行了综述. 目前,TiO₂薄膜改性手段主要包括:表面处理、离子掺杂、半导体复合、微观有序空间结构、多孔化结构、贵金属沉积等. 改性二氧化钛光阳极是为了减少阳极和染料之间的界面阻抗以提高DSSC的光电转换效率. 最后对DSSC中光阳极改性的发展趋势和应用前景做了期许和展望,提出工程设计微观有序TiO₂光阳极结构、更大程度地开发TiO₂光阳极的制膜工艺、发挥各种手段的优势互补协同作用是未来染料敏化太阳能电池二氧化钛光阳极改性的方向. 对TiO₂光阳极界面之间的电阻和电子传输的机理进行更深层次的研究和探讨对染料敏化太阳能电池的工业化是非常必要的.      

溶胶-凝胶法制备稀土Lu掺杂TiO2薄膜的附着性能及在自然光条件下的光催化性能

利用Materials Studio分析了Lu掺杂TiO₂的光学性质;设计正交试验采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备稀土元素Lu掺杂TiO₂薄膜,引入计算机图形方法分析了影响薄膜附着性能的工艺因素及规律,分析了薄膜在自然光条件下降解甲基橙的效果.结果表明：与纯TiO₂相比,Lu掺杂TiO₂的禁带宽度降低了0.18eV;pH值是影响薄膜与玻璃基体附着性能的主要工艺参数,随着pH的减小,薄膜附着性能开始增加;在650～800nm波长范围内,Lu掺杂TiO₂后,薄膜开始出现光的吸收现象,在400～650nm波长范围内光的吸收强度提高了40%～90%;在自然光条件下,在经过180h的自然光照后,Lu掺杂TiO₂薄膜对甲基橙溶液的降解率达55%.     

0D-2D CdS/WO3 S型异质结光催化剂的制备与性能研究

光生载流子的迁移效率是影响CO₂光还原反应性能的关键因素之一.通过简单的水热法与连续离子层吸附反应成功制备了具有高效载流子迁移能力的0D-2D S型CdS/WO₃光催化复合材料.XRD、SEM、XPS分析结果证实了该复合材料的成功制备,其独特的OD-2D结构有效提高了CdS QDs的分散性.UV-Vis DRS结果表明该材料具有优异的光吸收能力.光电化学表征证明CdS/WO₃复合材料具有最佳的光电转化能力以及光生载流子迁移能力,有助于其光还原反应的进行.光还原CO₂实验表明该复合材料具有远高于CdS QDs材料的光催化活性,其CO和CH₄的产率为64.7μmol/(g·h)和2.3μmol/(g·h),分别是纯CdS QDs的4.0倍和3.2倍,循环实验表明CdS/WO₃具有良好的催化稳定性.     

Al2O3-TiO2复合氧化物负载的钴基催化剂光热费托合成性能研究

选用Al₂O₃和TiO₂的复合物作为催化剂的载体,通过浸渍法合成了不同TiO₂含量(0%,5%,10%,15%)的负载型钴基催化剂,采用XRD、TEM、TPR、BET、UV-Vis、XPS、CO-TPD等技术对催化剂进行了表征,并考察了其光热催化费托合成性能。结果表明,含量较少的TiO₂是激发光催化反应的决定因素,引入紫外光照能够激发光生电子从TiO₂向金属钴转移,有利于反应物CO分子的解离活化,致使CO转化率大幅提升。产物分布方面,抑制产生CO₂,促进低碳数烷烃生成。当TiO₂含量为5%时,光照引起的CO转化率提升幅度最高,可达68.8%。此研究有助于理解光热催化费托反应体系中催化剂构效关系和反应过程。     

紫外光促进电子迁移对Pt/TiO2催化剂CO催化氧化性能的影响

为了提高CO催化氧化性能,将Pt/TiO₂催化剂在液相中进行紫外照射预处理以增加电子-空穴迁移速率,诱导Pt颗粒长大,然后制备不同UV照射时间的Pt/TiO₂催化剂,测试样品的催化性能和氧化能力,表征样品表面的活性颗粒直径、金属分散度和元素价态,并利用原位红外光谱研究CO催化反应机理的变化。研究结果表明,制备的Pt颗粒直径为1～2 nm,经过8 h UV预处理的Pt/TiO₂催化剂颗粒直径最大,Pt⁰含量增加,且具有最佳的CO催化性能,CO的完全转化温度降低了约45℃,活性位点的TOF提高15倍。通过对反应机理的分析发现,UV照射能减少副反应发生,提高CO转化率。     

纳米PbO2/TiO2催化电极的制备及其对己二醛氧化的电催化性能

用电解法在乙二醇溶液中制备铅和钛醇盐配合物PbTi₂(OCH₂CH₂OH)_12-x, 将其电解液水解、 真空干燥后于450 ℃煅烧2 h, 得到纳米级PbO₂/TiO₂粉体, 通过溶胶 凝胶法在钛丝表面得到纳米PbO₂/TiO₂电极. 电解产物通过红外光谱(FT IR)和Raman光谱表征, 纳米PbO₂/TiO₂粉体使用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征, 并采用循环伏安法在盐酸和己二醛溶液中考察电极的氧化还原行为及电催化活性. 实验结果表明: 有机体系电解法得到的纳米PbO₂/TiO₂粉体颗粒
分散较理想, 粒径为100~150 nm; 纳米TiO₂掺杂PbO₂电极的氧化峰电流密度为157 mA/cm², 氧化还原峰电位差明显减小, 具有较高的电催化活性, 催化合成己二酸的电流效率和产率分别为89.2%和97.4%.     

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.     

锡掺杂与类石墨氮化碳共改性赤铁矿用于304SS光生阴极保护

光生阴极保护技术是一种将阴极保护机理和半导体光电特性相结合的新型环保防腐策略.赤铁矿(_α-Fe2O3)是很有前途的光阳极材料,但是纯α-Fe₂O₃光阳极的空穴扩散长度短和光生e^--h⁺对的复合率较高等问题限制了其在光电化学领域的应用.文中使用锡(_Sn)掺杂和类石墨氮化碳(_C3N4)共同对赤铁矿进行改性.结果表明,复合光阳极FTO^/CCNS^/Sn-Fe₂O₃与304不锈钢(304SS⁾耦合后,在模拟光照下开路电位(OCP⁾进一步下降至-575m V,电化学阻抗明显减小.该策略促进了载流子的传输,抑制了光生载流子的复合,可以为赤铁矿用于304SS光生阴极保护提供参考.     

钙镁离子改性TiO2对水中氟离子的吸附行为

为拓展TiO₂吸附去除水中氟离子的pH适用范围,通过原位水解掺杂法制备出Ca²⁺和Mg²⁺改性的TiO₂纳米颗粒材料TiO₂-Ca和TiO₂-Mg。场发射扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、氮气吸脱附曲线、Zeta电位分析等表征显示,成功合成了改性的锐钛矿相TiO₂,并且TiO₂-Ca和TiO₂-Mg的等电点分别提高到了4.51和5.08。将合成的改性TiO₂应用于水体低浓度氟离子的吸附去除,结果表明：TiO₂-Ca和TiO₂-Mg对水体氟离子的吸附可以在20 min内达到平衡,吸附容量分别达到22.51 mg·g^-1和20.87 mg·g^-1,吸附的适用pH范围分别拓展到了5和6,其沉降性能也有了很大的提高,都较未改性的TiO     

碳量子点修饰Co2SnO4光催化剂的制备与光催化产氢性能

通过简单的水热法制备了CQDs/Co₂SnO₄复合光催化剂，探究了其光催化产氢性能.研究表明，在模拟太阳光照射下，质量分数为2%的CQDs/Co₂SnO₄产氢速率达到475.53μmol/（g·h）,是纯相Co₂SnO₄的4.74倍，是质量分数为1%Pt/Co₂SnO₄的4.15倍.此复合光催化剂光催化活性的提高主要归因于CQDs是良好的电子接受体，能有效提高光生电子和空穴对的分离效率.     

高温CO2环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为

为了研究高温CO₂环境下耐热合金HR6W和740H的腐蚀行为,开展了800、900、1 000℃ CO₂环境下的耐热合金腐蚀实验,并进行了腐蚀产物的微观表征。利用分析天平获取耐热合金腐蚀前后的质量变化,并计算其激活能;应用激光拉曼光谱仪和X射线衍射仪对合金表面腐蚀产物进行表征分析;利用扫描电子显微镜等设备观察样品的微观形貌,并分析腐蚀产物成分与分布。实验结果表明:两种耐热合金在高温CO₂环境下的腐蚀动力曲线符合抛物线规律,HR6W和740H的激活能分别为-256.59、-293.35kJ/mol;HR6W表面氧化产物为致密均匀的Cr₂O₃氧化层和MnCr₂O₄氧化层;740H存在内氧化现象,外层氧化产物为TiO₂氧化层和Cr₂O₃氧化层,内层氧化产物为非均匀的Al₂O₃及TiO₂氧化物;两种合金均无明显碳...     

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。