过渡金属离子置换钛酸纳米管的制备和光催化活性
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
金属与N元素共掺杂TiO_(2)复合材料光催化结晶紫
第46卷第2期2021年4月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 2Apr. 2021文章编号：1009-220X(2021)02-0034-05 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210213金属与N元素共掺杂TiO2复合材料光催化结晶紫杨茂楠，李莉，杨长龙*，汪康，张榆（齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006）摘要：通过溶胶-凝胶法制备出系列金属元素与非金属元素共掺杂TiO2复合材料，采用扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、紫外-可见漫反射吸收光谱（UV-vis/DRS）等对样品进行表征。
结果表明，复合材料呈现团聚的块状结构，其中TiO2为典型锐钛矿结构，N和In、Ce、Mn等元素以离子的形式存在。
相比于TiO2，复合材料的光吸收能力明显增强，同时非金属离子的掺杂提高了复合材料的可见光区吸收，金属离子的掺杂增加了复合材料的活性位点。
复合材料在125 W高压汞灯照射下120 min结晶紫被降解82%。
关键词：溶胶-凝胶法；离子掺杂；光催化；结晶紫中图分类号：X703.1 文献标识码：A染料工业是对环境影响最大的行业之一。
染料废水的特点包括生物降解性差、色度高、难降解有机污染物浓度高、成分复杂，对人体健康和生态系统具有毒性、致癌性等[1]。
为了彻底去除有机污染物，多相光催化已经引起了人们广泛的关注[2]。
在这些光催化剂中，二氧化钛光催化成为环境修复的研究热点[3]。
然而，由于锐钛矿二氧化钛的宽带隙，其实际应用受到限制[4]。
因此，有必要开发第二代光催化剂，将可见光活性引入二氧化钛[5]。
为了实现太阳能降解，阴离子掺杂（如氮、硫和氟）已被确认为二氧化钛的有效改性方法[6]。
氮的离子半径非常接近氧的离子半径，以至于氮的p轨道可以有效地与氧的2p轨道合并[7]，使N-TiO2形成一个新的杂化能级，使TiO2带隙能降低。
因此，氮掺杂被认为是一个很好的选择。
含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐及金属氧化物光催化水氧化的研究
含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐及金属氧化物光催化水氧化的研究含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐及金属氧化物光催化水氧化的研究光催化水氧化是一种重要的水处理技术，它利用光能将水中的有机物质经氧化作用转化为无害的物质。
近年来，含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐和金属氧化物在光催化水氧化领域展现出了重要应用的潜力。
本文将重点探讨这两种材料的研究进展，并对其未来的发展方向进行展望。
一、多金属氧酸盐的光催化水氧化研究多金属氧酸盐是一类具有特殊结构的材料，其结构中包含多个金属离子和氧酸根离子。
这种结构使得多金属氧酸盐具有优异的光催化性能。
研究发现，某些含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐如钒酸盐、钒钨酸盐等在水氧化反应中表现出了出色的催化活性和稳定性。
这些材料能够吸收可见光并激发电子跃迁，从而产生高活性的光生电子和空穴对。
光生电子和空穴对能够参与氧还原反应和水分解反应，进而促进水氧化反应的进行。
此外，多金属氧酸盐的特殊结构还可以提高催化剂和溶液界面的接触，增加反应速率。
二、金属氧化物的光催化水氧化研究金属氧化物具有丰富的化学成分和多样的晶体结构，因而成为光催化水氧化研究的热点。
含有廉价过渡金属的金属氧化物如钛酸钡、钛酸锌等材料在水氧化反应中呈现出良好的催化性能。
研究表明，这些材料的光催化活性与其能带结构和晶体缺陷密切相关。
通过调控其晶体结构和表面缺陷，可以有效提高催化剂的光吸收能力和电子传输效率，从而增强催化活性。
此外，金属氧化物还可以通过电子接受剂的参与，进一步促进水氧化反应的进行。
三、多金属氧酸盐与金属氧化物的未来发展虽然含有廉价过渡金属的多金属氧酸盐和金属氧化物在光催化水氧化领域已经取得了重要的进展，但仍然存在一些挑战。
首先，这些材料的合成方法还需要进一步改进，以提高制备效率和控制材料的形貌和晶体结构。
其次，材料的光吸收能力和光生电子传输效率还有待提高。
此外，催化剂的稳定性和循环使用性能也是需要关注的问题。
未来的研究可以从以下几个方面展开。
水热法制备钛酸盐纳米管的稳定性研究
水热法制备钛酸盐纳米管的稳定性研究*蔡领峰,黄 垒,彭 峰,余 皓(华南理工大学化工与能源学院,广东广州510640) 摘 要:以二氧化钛粉体为前驱物,通过温和的水热法得到了形貌均一的钛酸钠纳米管。
对水热合成的钛酸钠纳米管在不同酸性(p H)条件下的酸稳定性和不同温度下的热稳定性进行了研究,采用透射电镜(TE M)、粉末X 射线衍射(XRD)、能量色散谱仪(EDS)、热重分析仪(TGA)等一系列方法对管的微观结构和成分进行了表征,并在此基础上对纳米管的形成机理和化学组成进行探讨,确认了目前普遍采用的二氧化钛水热法合成纳米管的组成是N a2T i3O7。
关键词:水热法;钛酸钠;钛酸盐纳米管 中图分类号:TQ134.1 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2007)02-0021-03A study on the st ability of titanate nanot ubes prepared by hydrother m al processC ai Ling feng,H uang Lei,Peng Feng,Yu H ao(School of Che m ica l and Enger gy Engineeri ng,South China Un i versity of Technol ogy,Guangz hou510640,China) Ab strac t:Unifor m tit anate nano t ubes we re s yn t hesized s uccessfully by a facil e hydro t her m a l p rocess,usi ng T i O2pow-der as t he precursor.In this pape r,t he stabilit y of tit anate nano t ubes wa s studied a t t he d iffe rent p H values and te m pe ra-t u res.T he m ic roscopic struc t ure and e l ementa l compositi on o f the nano tubesw ere represented by trans m issi on electronic m i-c roscopy(TE M),X-ray diffracti on(X RD),energy dispersive spectro m e t e r(ED S)and t her m a l gravi m e tric ana l y sis (TGA).The for m a tion m echan is m o f t he nano t ubes wa s also discussed.The re s u lts confir m ed t ha t t he compositi on o f thenano t ubes w as N a2T i3O7. K ey word s:hydrothe r m al and chem ical co m po sition p rocess;sodiu m tit anate;titanate nanotubes 二氧化钛纳米管的比表面积较大,因而具有较高的吸附能力,可望提高Ti O2的光催化性能及光电转换效率。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
过渡金属纳米硫化物的制备及其光学和催化性能研究
过渡金属纳米硫化物的制备及其光学和催化性能研究引言纳米技术是近十几年来最为热门的研究领域之一。
纳米材料具有与宏观材料不同的特殊物理和化学特性，因此在各种领域都有着重要应用。
其中，纳米硫化物因其优异的电子、光学和催化性质，被广泛研究。
由于硫原子具有较小的半径，并能与氧化物相反应，因此非常适合制备过渡金属硫化物的纳米材料。
本文介绍了一种简单易行的制备过渡金属纳米硫化物的方法，并对其光学和催化性能进行了研究。
制备方法过渡金属纳米硫化物的制备方法众多，如化学气相沉积、溶胶凝胶、水热法等。
本文采用的是一种简单易行的还原法制备过渡金属纳米硫化物的方法。
具体步骤如下：1.将过渡金属盐(如氯化钴、氯化镍等)和硫化物(如硫酸钠)溶解于去离子水中，得到过渡金属离子和硫离子溶液。
2.将硫化物溶液滴加入过渡金属离子溶液中，缓慢搅拌，并控制pH值为8左右，形成交替混合的沉淀。
3.将沉淀用离心机离心，洗涤干净，然后在100℃左右的高温下干燥。
通过透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)技术对所制备的样品进行表征，可以看出样品主要由过渡金属粒子和硫化物粒子构成。
此外，还可以通过紫外-可见光谱(UV-Vis)和拉曼光谱(Raman)来确定其光学性能。
结果与讨论1.光学性质所制备的过渡金属纳米硫化物样品的光学性质被研究，发现样品在可见光区域表现出明显的吸收峰。
这种吸收峰是由样品的表面等离子体共振引起的。
从光学吸收谱可以看出，CuS和NiS样品的吸收峰位置分别为480nm和395nm。
这表明，过渡金属纳米硫化物的光学性质可以通过改变其粒径和结构来调控。
2.催化性质采用所制备的CuS和NiS样品分别作为催化剂，在苯并咪唑(SBBI)的氧化反应中进行催化实验。
催化实验中，反应物为SBBI和过氧化氢(H2O2)，反应温度为25℃，反应时间为120min。
实验中添加的催化剂量为10mg。
结果表明，与无催化剂反应相比，CuS和NiS样品的加入能够显著促进反应速率，同时能够提高反应的选择性。
过渡金属离子及H2O2影响TiO2光催化降解苯胺的动力学研究
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第２ ５卷
近年 来 ， ｉ ＴＯ 渐成 了光催 化氧化处 理废水 的“ 明
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具有可见光催化活性的TiO2系光催化剂研究进展
关键词 ： ｉ ２ 催化 ； ＴＯ 光 可见光 ； 离子 掺 杂 ； 离子注入 ； 光催 化 剂
考察 ＿其光催化氧化活性 。结果表明， 『 适量 Ｒ Ｅ 自 １７ 年 Ｆｊ ｈ ａ】 ９２ ｕ ｓｉ ￣ ｉ ｍ 等发现 ＴＯ 单晶 电极光 物 ， ｉ
催化分解水实验结果以来 ．依据光激发半导体产生 原初电荷分离原理 的光催化技术得到 了广泛关注 ， 形成了光催化降解有毒污染物和太阳能转化光催化
梁 志宏 ，张文魁 ， 黄 辉 ，甘永 平 （ 浙江工 业 大学化 工与材 料 学院 ，浙 江 杭 州 ３０ ３ ） １０２
摘
要 ：由于 受激发 波 长的 限制 ， Ｏ Ｔｉ 只能利 用太 阳能 中不足 ５ ％的 紫外光 。 本 文较 为详 细
的对 ＴＯ 可见光催化剂的制备、 ｉ 性能及应用进行 了综述。研究表明， 通过金属及非金属 离子掺杂 改性 、 离子注入 以及 染料光敏化等方法可以将 ＴＯ 光催化反应红移到可见光区域进行。 ｉ
表现 出杂质半导体的导 电行为 ，并且得出杂质跃迁
所需 的电导活化能低于本征激发活化能 ，从而解释 了 Ｖ ＴＯ 对 可见光具有较佳光谱响应的原因。 — ｉ 李芳柏等Ｉ以钛 酸丁酯和钨酸铵为起始物 ， ｌ ３ ］ 制 备丫 １８ ｔ 以 ＷＯ 计 ） ｗ６ 杂 ＴＯ 纳米粉末 ， － ｗ％（ 。 的 ＋ ｊ 参 ｉ
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管的 $%& 图 "从图上看纯的钛酸纳米管和金属离子 置换后的钛酸纳米管的各衍射峰的位置相同 " 都呈 现 出 钛 酸 纳 米 管 正 交 晶 系 的 特 征 衍 射 峰 ’()" 并 且 金 属离子置换后的钛酸纳米管也没有出现新的衍射 峰 # 通过观察可以发现纯钛酸和过渡金属离子置换 的钛酸纳米管的各衍射峰的强度略有差异 " 表明过 渡金属离子置换对其结晶度有一定的影响 #
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发现由于光激发产生的电子与空穴的复合 $ 导致光 量子效率很低 & 为克服这个缺点 $ 人们使用过渡金属
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过渡金属离子置换钛酸纳米管的制备和光催化活性
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第 !" 卷
渡金属离子置换导致钛酸晶格对称性降低 " 引起谱
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0,1! 附近所对应的峰归属于 23!4 伸缩振动 ’7)# 通过
观察 " 纯钛酸和过渡金属离子交换的钛酸纳米管的 的 %+,+- 光谱图上谱峰位置基本相同 " 并且没有出 现新的谱峰 " 只是过渡金属离子置换后谱峰不同程 度的增强 " 由于过渡金属离子交换后钛酸纳米管的 尺寸和形貌没有发生变化 " 因此我们认为可能是过
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研究简报
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钛酸纳米管有望在提高光量子效率等方面获得改
收修改稿日期 !!""!#"$#%& "
福建省教委资助项目 ’()*+%,%&-. " 通讯联系人 " $#%&’( !/)012345306789:;<4)= 第一作者 ! 宋旭春 # 男 $;; 岁 $ 博士 $ 讲师 % 研究方向 ! 无机纳米材料 &
>?@& 纳米粉体和纳米膜材料在光催化降解大气
离子掺杂等多种手段对 >?@& 进行改性 A;B& 但钛酸纳 米管相类似的研究还未见报道& 对钛酸纳米管的 结 构 和 组 成 的 研 究 表 明 A,B$ 此 纳 米 管 状 物 的 组 成 是
(C!D&E!>?;@-$ 其中 (CF的含量随着反应后酸洗的程度 不同而变化 $ 但有趣的是其管状结构与 (CF的含量
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第 !" 卷
善 ! 本工作采用水热法 " 以锐钛矿相过渡金属掺杂的 二氧化钛纳米粉体为前驱体 " 通过反应过程中过渡 金属掺杂的二氧化钛纳米粉体不断地与强碱反应 " 并逐渐释放出掺杂的金属离子 " 与钛酸钠中的钠离 子置换 " 最后水热产物经稀酸处理后形成过渡金属 置换的钛酸纳米管 ! 本文工作还考察了不同过渡金 属离子置换后对钛酸纳米管光催化性能的影响 !
在 "8’ " 反应 !& F" 取出沉淀物用去离子水洗至中 性 " 用 ’B" (>% )D" +=%8 酸化 " 继续用去离子水洗至 中性 " 过滤后在 "’’ " 下烘干 "得到金属离子置换的 钛酸纳米管 !