氮掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究

以双氰胺为氮源,温和条件下采用Sol-Gel法制备氮掺杂TiO2粉末.XRD结果显示:所制备的样品是以锐钛矿相为主、含少量金红石相的混和相;UV-Vis漫反射光谱结果显示:相对于TiO2,氮掺杂纳米二氧化钛(N/TiO2)的光吸收阈值没有发生明显的红移,但可见光吸收强度明显增大.n(N):n(Ti)=0.12:1、煅烧温度400℃、煅烧时间2 h条件下制备的N/TiO2光催化剂的催化活性最佳,可见光下,300 min内可使甲基橙的降解率达到60%.     

掺氮可见光响应TiO2-xNx光催化薄膜的制备及性能初探

采用反应磁控溅射法在玻璃基片上制备N掺杂TiO2-xNx薄膜和纯TiO2薄膜,并且对两种薄膜样品分别进行了300、400和500℃的退火处理.采用X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光光度计(UV-Vis)对经过退火处理的样品进行了表征.结果表明:成功制备了N掺杂TiO2-xNx薄膜,部分N进入了TiO2薄膜晶格,并且以N-O键形式存在;N掺杂TiO2-xNx薄膜和纯TiO2薄膜相对比,晶型和表面形貌没有什么太大的区别,但通过紫外-可见光吸收谱图可以发现经过400℃退火处理的N掺杂TiO2-xNx薄膜吸收带边从纯TiO2薄膜的400 nm红移到455 nm.     

N-Fe掺杂TiO_2催化剂的研制及其对气相丙酮的光催化消除

采用溶胶凝胶法制备了N-Fe掺杂TiO2催化剂.用X光电子能谱(XPS),紫外漫反射(DRS)等方法对其进行表征.以丙酮为催化底物,测试了N-Fe掺杂TiO2催化剂分别在可见光和紫外光照射下对丙酮光催化消除反应的反应性能.结果表明:在反应温度为66℃,0.15 g的催化剂上,在可见光照下可将初始浓度为0.76 g/m3,流速为10 mL/min的丙酮100%消除;在反应温度为50℃,紫外光照射下可将初始浓度为0.89 g/m3,流速为15 mL/min的丙酮100%消除.并研究了N-Fe掺杂TiO2催化剂紫外光催化消除丙酮反应的动力学,确认光催化反应为一级动力学反应,在反应温度范围内得光催化反应的Ea=18.17kJ/mol,相关系数R2=0.99309.     

水解沉淀法制备氮掺杂TiO_2可见光光催化剂

为拓展TiO2可见光的响应范围,以氨水为氮源,在常温条件下采用水解沉淀法制备了氮掺杂TiO2粉末。以X射线衍射、紫外-可见漫反射吸收光谱和X射线光电子能谱等对TiO2进行了表征。对可见光照射下的光催化活性进行了测试,并考察了煅烧温度及掺杂量等对光催化活性的影响。结果表明:氮掺杂致使TiO2吸收边带向可见光区偏移,在降解亚甲基蓝的实验中表现出良好的可见光催化活性;随煅烧温度的增加,氮摩尔分数增加,晶粒增大,可见光催化活性减弱;煅烧温度为400℃,氮的摩尔分数为2%时制备样品的光催化活性最高。     

可见光响应的N-F共掺杂TiO_2纳米棒阵列的制备及其光催化性能的研究

提出了一种制备可见光响应的N-F共掺杂TiO2纳米棒阵列(TNRAs)的方法.采用液相沉积法,以ZnO纳米棒阵列为模板,在玻璃基底上得到了N-F共掺杂的TiO2纳米棒阵列.采用SEM,TEM,Raman,XPS和UV-vis等分析手段,对不同温度下煅烧的样品进行了表征.以亚甲基蓝为模拟污染物,考察了催化剂在可见光区的催化活性.结果发现,N-F共掺杂明显地改善了TNRAs在可见光区的吸收;450℃煅烧的N-F共掺杂TNRAs样品显示最好的可见光活性,这归因于独特的一维纳米棒阵列结构和适量的N,F掺杂量所引起的协同效应.     

氮掺杂纳米TiO2的制备及其可见光催化活性的研究

以钛酸四丁酯为原料,尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂TiO2光催化剂.研究了溶胶液的pH,溶胶液的温度,N掺杂量以及焙烧温度对TiO2光催化剂催化活性的影响,并用XRD、UV-Vis、XPS等手段对催化剂性能进行了表征,考察了催化剂在可见光和紫外光下的催化活性.结果表明最佳的制备条件为:饱和尿素溶液的加入量为4 mL、溶胶液的pH为2.5、溶胶液的反应温度为40℃、焙烧温度为500℃.制得的N/TiO2催化剂为锐钛矿相、平均粒径为18.5 nm.该催化剂在钨灯可见光照射5 h后对亚甲基蓝溶液的去除率为41.8%,比同样条件下用纯TiO2高11.9倍.     

光化学沉积Ag纳米颗粒改性二氧化钛纳米管阵列的光催化及光电响应能力研究

利用电化学阳极氧化法制备出了高度致密,有序的二氧化钛纳米管阵列(TiNT).通过光化学沉积方法在二氧化钛纳米管表面沉积了Ag金属颗粒,并用SEM进行了表征,Ag颗粒的半径在100~500 nm之间.通过对光化学沉积后的TiNT样品进行光电响应和光催化降解测试发现:紫外光照射下改性样品的光电响应能力和光催化降解能力都有不同程度的提高,但在可见光下仍不具备光电响应能力和催化降解能力.     

N、S共掺杂型二氧化钛光催化降解有机污染物的性能研究

用自制N、S共掺杂的TiO2纳米粉体降解亚甲基兰溶液,同未掺杂、单掺N或单掺S的TiO2纳米粉体做了比较,系统地研究了影响TiO2降解亚甲基兰溶液的因素.结果显示,无论是太阳光还是紫外光照射下,N、S共掺杂的TiO2纳米粉体具有比其它三种光催化剂更好的催化效果,并且发现在煅烧温度为450℃、亚甲基兰溶液的pH值为中性条件下,N、S共掺杂的TiO2纳米粉体降解效果达到最佳.     

Pr 3+/TiO2催化剂的制备及光催化性能分析

采用溶胶凝胶法制备了不同浓度、不同煅烧温度下Pr3+掺杂TiO2光催化剂。对所制样品进行XRD、FT-IR、SEM表征,通过降解碱性品红溶液来测试样品的光催化性能。结果表明稀土Pr3+掺杂TiO2能细化晶粒,提高热稳定性;在400℃下煅烧,n(Pr3+)/n(TiO2)=0.2%的催化剂,加入氧化剂1mL30%的双氧水,可以抑制电子和空穴复合,提高催化性能,在无灯源照射条件下,催化时间120min,降解率达到100%。     

氮对光催化性能的影响:TiO_2纳米球和纳米线对比研究

使用阳极氧化和氨气退火N化的方法制备了N掺杂的TiO2纳米球薄膜和纳米线薄膜.经过N掺杂TiO2纳米线薄膜与未掺杂纳米线可见光区的光吸收强度相差不大,能带宽度从未掺杂样品的3.2eV缩小为3.1eV.TiO2纳米球薄膜在可见光区的光吸收显著增强,能带宽度由未掺杂样品的3.2eV缩小为2.8eV,同时纳米球生长被抑制,其直径约为50nm,明显小于未掺杂TiO2样品的100mn.在可见光照射TiO2氮掺杂纳米线薄膜和纳米球薄膜降解4h后,溶液中亚甲基蓝的浓度分别降至45%和44%,N掺杂样品获得了优异的可见光光催化活性.研究表明N掺杂导致的O空穴浓度增加和能带宽度有效减小是其可见光区光催化活性增强的主要原因.     

掺杂改性TiO2 /AC的制备及气相甲苯降解性能研究

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N离子共掺杂的TiO2/AC和TiO2/ACF负载型光催化剂,采用SEM、XRD、UV-Vis分光光度计等分析方法对催化剂样品进行了表征。选取甲苯为室内气相空气污染物的模型化合物进行光催化降解实验,探讨了催化剂制备过程中离子掺杂量、抑制剂种类、焙烧温度以及载体等对光催化剂活性的影响。结果表明, 催化剂在ACF上的分散效果优于AC上,制备的光催化剂均以锐钛矿相存在,Fe、N离子共掺杂实现了光催化剂在可见光区和紫外光区的双增强;以冰醋酸为抑制剂、离子掺杂量分别为N 8%和Fe 8%,ACF为载体,500 ℃下焙烧2 h所得TiO2/ACF光催化剂对气相甲苯的降解活性最高。     

钆、镉共掺纳米TiO_2光催化剂的合成及其光催化性能研究

以钛酸四正丁酯、硝酸钆和硝酸镉为原料,采用溶胶-凝胶法合成了Gd和Cd共掺杂型纳米TiO2光催化剂,借助X-射线粉末衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)及UV-vis等测试手段对样品进行了表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了掺杂量对样品光催化活性的影响规律。XRD分析表明,所得粉体均为锐钛矿相纳米TiO2,且Gd和Cd共掺后随着掺杂量的增加,纳米TiO2特征衍射峰宽化,强度降低;UV-vis光谱分析表明,适量钆(0.2%)掺杂使得催化剂在400～600nm的可见光区域对光响应,而在Gd掺杂的基础上掺杂Cd后,催化剂在紫外光区及400～600nm的可见光区吸收显著增强,对光具有更高的利用率;光催化实验表明,钆和镉掺杂对纳米TiO2光催化活性有显著的影响,当钆和镉掺杂量为0.2%、0.3%时其光催化活性最好。     

介孔纳米TiO2/P3HT复合材料的制备及其光催化性能研究

采用水热合成法制备出介孔纳米TiO2;将制备的TiO2与聚3-己基噻吩(P3HT)通过共混法制备TiO2/P3HT复合微粒;分别以酸性橙II和亚甲蓝为模型有机污染物,考察TiO2以及TiO2/P3HT纳米复合材料在可见光、紫外光和阳光下的光催化活性和光催化稳定性.实验结果表明：P3HT对于介孔纳米TiO2的掺杂能显著改善介孔TiO2的光催化性能.掺杂前,介孔TiO2 在30 min时对于酸性橙II和亚甲蓝的可见光降解率分别为31.26%和47.38%,紫外光降解率分别为39.47%和60.38%,阳光下的降解率分别为64.37%和76.09%;掺杂后,介孔TiO2/P3HT复合材料30 min时对于酸性橙II和亚甲蓝在可见光下的降解率分别为60.09%和71.45%,紫外光下的降解率分别为82.14%和88.61%,阳光下的降解96.62%和99.50%.     

N/TiO_2可见光催化的氧化能力

以饱和尿素溶液水解沉淀工艺制备水合TiO2,再于温度600℃的空气气氛下煅烧2h,制得淡黄色的N/TiO2光催化剂,并以活性艳红X-3B、2,4-二氯苯酚及CH3COO-作模型污染物,着重研究了N/TiO2的可见光催化反应特性. XPS结果表明,掺杂N是以形成Ti-N化学键的形式进入了TiO2的晶格. UV-Vis结果表明,N/TiO2光催化剂对波长不低于400nm的可见光有明显的吸收效应. 光催化结果表明:N/TiO2在主峰420nm的荧光灯作用下,对活性艳红X-3B及2,4-二氯苯酚有明显的降解作用,但对CH3COO-无降解作用,然而当在主峰254nm或365nm的紫外灯作用下时能降解CH3COO-;激发光源波长在紫外区还是可见光区与光催化的氧化能力是密切相关的.     

掺氮TiO_(2-x)N_x薄膜可见光激发光催化特性研究

采用反应磁控溅射法在玻璃基片上制备N掺杂TiO2-xNx薄膜和纯TiO2薄膜,对两种薄膜样品分别进行了300、400和500℃的退火处理,测试它们可见光激发光催化特性.在经过5 h降解苯酚的实验发现:经过同种温度退火处理的N掺杂TiO2-xNx薄膜比纯TiO2薄膜的可见光激发光催化降解苯酚效果要好,其中N掺杂TiO2-xNx薄膜经过400℃退火处理得到锐钛矿相薄膜对苯酚的降解率最高,达到50.4%,而纯TiO2薄膜经过400℃退火处理得到的同样是锐钛矿薄膜对苯酚的降解率仅37.8%.     

具有可见光光催化活性N掺杂纳米二氧化钛的制备和表征

以廉价的TiOSO4为原料,通过水解法制备正钛酸前驱体,然后,向正钛酸前驱体中加入尿素作为氮源,经煅烧制备氮掺杂纳米二氧化钛.用X射线衍射、紫外-可见吸收光谱、热重-差热分析和X射线光电子能谱等方法对制备的样品进行表征,考察煅烧温度、煅烧时间及Ti与N配比等对光催化活性的影响.研究结果表明:制备的样品均为锐钛矿,氮掺杂使二氧化钛在可见光区的光吸收明显增强;煅烧温度和Ti与N配比对光催化性能影响显著;于400℃制备的样品中存在1个最佳的Ti与N配比,所对应的可见光催化活性最强,甲基橙降解实验15 min时脱色率达到97%.     

掺杂改性TiO_2/AC与TiO_2/ACF的制备及其对气相甲苯的降解性能

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备了Fe、N离子共掺杂的、以活性炭(AC)和活性炭纤维(ACF)为载体的TiO2/AC和TiO2/ACF光催化剂.采用扫描电镜、X射线衍射仪、紫外-可见光分光光度计等对催化剂样品进行了表征.选取甲苯为模型化合物进行光催化降解实验,研究了催化剂制备过程中离子掺杂量、抑制剂种类、焙烧温度、载体种类以及循环使用次数对催化剂活性的影响.结果表明:TiO2在ACF上的分散效果好于在AC上;TiO2以颗粒状镶嵌在AC孔隙内、以膜状包覆在ACF表面,所制备的光催化剂均以锐钛矿相存在;Fe、N离子共掺杂实现了催化剂的可见光响应;以冰醋酸为抑制剂、N和Fe离子掺杂量均为8%(摩尔分数)、500℃下焙烧2 h时,所得的TiO2/ACF光催化剂对气相甲苯的降解活性最高,循环使用效果最好.     

银和氮共掺杂TiO2的制备及光催化性能的研究

以钛酸四丁酯为钛源,通过溶胶-凝胶法制得不同掺杂量N和Ag的单掺杂及共掺杂二氧化钛粉体,以甲基橙模拟废水中的有机物,考察了不同掺杂量的催化剂对光催化剂降解能力的影响,并对其机理进行了分析。其中氮掺杂光催化剂n(N)∶n(TiO2)=4∶1,银掺杂催化剂银含量为4%时,光催化性能最高,分别比纯TiO2提高了36%和42%;共掺杂TiO2的摩尔比n(TiO2)∶n(N)∶n(Ag)=1∶4∶0.02,催化性能比单掺杂还要高,在可见光下降解甲基橙300 min的降解率分别为:纯TiO2为40%,N掺杂为75%,Ag掺杂为70%,共掺杂为84%,表明了金属与非金属掺杂的机理在共掺杂光催化剂中共同产生作用。     

可见光响应氮-磷共掺杂TiO2纳米管制备及光催化性能

采用水热-浸渍两步法合成了一系列N-P/TiO2纳米管光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis)等测试手段对其结构进行了表征.结果表明,300℃焙烧后的N-P/TiO2纳米管为锐钛矿相,氮和磷高度分散进入TiO2中.P和N掺杂含量分别为0.99%和0.56%.与纯TiO2纳米管相比,N-P/TiO2纳米管在可见光区的有较大的吸收,光吸收阈值产生红移.氮磷共掺杂可以明显提高TiO2纳米管的对甲基橙的光催化活性,其原因在于氮阴离子以N-Ti-O的结构进入TiO2,磷替换TiO2部份Ti4 ,从而降低了电子和空穴复合几率.     

TiO2纳米管的离子交换改性及光催化去除水中四环素的研究

以TiO2粉末为前驱体,采用水热法制备得到未改性和Co2+改性的TiO2纳米管,使用SEM、TEM、XRD、XPS、BET和UV-Vis等测试技术对样品进行了表征。以氙灯(250~800 nm)为光源、四环素为降解对象,测试样品在模拟日光下的光催化降解抗生素性能。研究表明:TiO2粉末经水热反应后,转化为中空、开口的TiO2纳米管,纳米管分布均匀且分散性良好;生成的TiO2纳米管为纤铁矿型,Co2+交换改性会对TiO2纳米管的微观形貌和晶型结构产生些许影响。制得的TiO2纳米管,其N2吸附-脱附等温线为典型的IUPAC IV型等温线。与TiO2粉末和未改性TiO2纳米管相比,Co2+交换改性的TiO2纳米管具有较好的光吸收能力,在氙灯光源下反应90 min,其对四环素的降解率可达71.5%。