金属掺杂二氧化钛光催化还原硝酸氮
铁掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能
第37卷第4期 2011年8月 兰州理工大学学报 Journal of Lanzhou University of Technology Vo1.37 No.4 Au吕2011
文章编号:1673—5196(2011)04-0023-04
铁掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能
樊 丁 崔文娟, 顾玉芬,张新磊
(兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州 730050)
摘要:以硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法一步合成Fe3 掺杂的Ti0z纳米管阵列.用扫描电镜(SEM)、X-射线能谱 仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和紫外一可见漫反射吸收光谱(UV-VIS)等测试方法对催化剂进行表征,并通过可见光 光催化降解甲基橙溶液,测定其光催化活性.结果表明:高度致密,规整有序的纳米管阵列垂直生长在钛基底表面, 管长约2 m,管径50 rim左右;Fe3 的掺杂使锐钛矿相特征峰(101)晶面向2 的小角度发生偏移,抑制锐钛矿相向 金红石相的转变,紫外一可见漫反射吸收峰红移,吸收强度减弱;Fe3 的掺杂能有效提高Ti0 纳米管阵列的光催化 活性. 关键词:TiOz纳米管阵列;铁掺杂;光催化 中图分类号:TB383 文献标识码:A
Preparation of Fe-doped titania nanotube arrays and its
photocatalytic activity below visible light
FAN Ding,CUI Wen-j uan,GU Yu-fen,ZHANG Xin-lei
(State Key Laboratory of Gansu Advanced Nonferrous Metal Materials,Lanzhou Univ.of Teeh.,Lanzhou 730050,China)
Abstract:Taking iron nitrate as iron source,Fe-doped titania nanotube arrays with Fea+inelusion ware
《Ag和Au负载对TiO2光催化和电化学性能的影响》范文
《Ag和Au负载对TiO2光催化和电化学性能的影响》篇一
摘要:
本文系统研究了Ag和Au负载对TiO2光催化及电化学性能的影响。通过多种实验手段,分析了不同负载条件下TiO2的光响应能力、电荷分离效率及电化学性能的变化。研究结果表明,Ag和Au的适当负载能够有效提高TiO2的光催化性能和电化学活性。
一、引言
TiO2作为一种广泛使用的光催化剂,在环境保护、能源转换等领域发挥着重要作用。然而,TiO2的光催化效率仍存在诸多限制,如光生电子和空穴的快速复合、光谱响应范围窄等。近年来,通过金属负载来改善TiO2的光催化性能成为研究热点。其中,Ag和Au因其良好的导电性和表面等离子共振效应,被广泛研究并应用于TiO2的改性。
二、实验方法
本实验采用溶胶-凝胶法合成不同Ag和Au负载量的TiO2样品。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-Vis)等手段对样品进行表征,并利用光催化降解有机物和电化学测试等方法评估其性能。
三、Ag负载对TiO2光催化和电化学性能的影响 1. 光催化性能:Ag负载后,TiO2的光谱响应范围得到扩展,这主要是由于Ag的表面等离子共振效应增强了可见光区的光吸收。此外,Ag作为助催化剂,能够促进光生电子和空穴的分离,从而提高光催化反应的效率。
2. 电化学性能:Ag负载能够提高TiO2的电导率,增强其电化学活性。这有利于提高TiO2在光电化学电池等设备中的应用性能。
四、Au负载对TiO2光催化和电化学性能的影响
1. 光催化性能:Au负载的TiO2在可见光区域也表现出良好的光吸收能力。此外,Au纳米粒子可以作为反应活性位点,促进光催化反应的进行。
2. 电化学性能:Au的引入能够改善TiO2的电子传输性能,增强其电化学活性。同时,Au的存在也有利于提高TiO2在光电化学水分解等反应中的催化活性。
五、讨论
适当量的Ag和Au负载能够显著提高TiO2的光催化效率和电化学活性。这主要是由于金属与TiO2之间的相互作用增强了光吸收能力,同时促进了光生电子和空穴的分离。此外,金属纳米粒子作为助催化剂,提供了更多的反应活性位点,加速了光催化反应的进行。在电化学方面,金属负载也改善了TiO2的电子传输性能,提高了其电化学活性。然而,过量的金属负载可能会引起团聚现象,反而降低催化剂的性能。因此,寻找最佳的金属负载量是进一步提高TiO2性能的关键。 六、结论
二氧化钛的电催化性能研究进展
氮掺杂二氧化钛的电催化性能研究进展
摘要 二氧化钛作为近年来热门的光催化材料,得到大家广泛的关注与研究, 而氮掺杂二氧化钛具有令人瞩目的优势也逐渐成为人们研究的热点。 本文综述了 氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法, 并对其多种光催化剂机理进行简述, 最后 阐述了氮掺杂二氧化钛催化材料在环境污染等方面的应用及其研究进展, 并对氮 掺杂二氧化钛材料的发展前景提出展望。
关键字 氮掺杂二氧化钛电催化催化活性
一、 前言
在推进可持续化建设的当今社会, 环境污染、 食品医疗安全卫生问题等越来 越受到公众的重视和关心。 环境污染问题一直是非常棘手的世界性难题, 受到大 家的关注, 现在好多地方及领域仍然采取填埋、 焚烧等方式进行垃圾处理, 这样 不仅无法解决有害有毒物质的污染问题甚至会对环境造成二次污染, 如垃圾中的 有毒物质渗透到土壤中导致土地、 地下水源等被污染, 而焚烧的垃圾也会释放大 量有毒气体污染空气, 因此寻找一种垃圾处理的有效方式亟待解决。 由日本东京 大学教授Fujishima和Hon da⑴于1972年发现的二氧化钛的光催化特点,使得二 氧化钛在改善环境污染以及垃圾处理等方面的用处初显于世并带来极其广泛的 应用前景。
二氧化钛(TiO2)具有成本低廉、化学稳定性好、比表面积大、光催化效率 高和不产生二次污染等优异特点, 因此是一种应用广泛且极具潜力的光催化材料 [1-3],并且广泛应用于空气净化、抗菌杀菌、太阳能敏化电池以及光催化处理环 境污染物等众多领域 [4]。但是,
TiO2 目前在实际应用中仍存在很多困难,阻碍其 应用的一个重要因素就是激发光波长问题。
由于 TiO2 半导体禁带宽度较宽为 3.2 eV,其对应的波长为387 nm,属于紫外光区,而紫外光只占到达地球表面太阳 光的 6%-7%,在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分 (能量约占
45%)未得到有 效利用⑹。在1986年Sato等⑺就发现氮的引入可使TiO2具有可见光活性,但是 十几年来一直没有引起人们的重视,直到 2001年Asahi[8]在Science上报道了氮
二氧化钛光催化原理讲解学习
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TiO2光催化氧化机理
TiO2属于一种n型半导体材料,它的禁带宽度为3.2ev (锐钛矿),当它受到波长小
于或等于387.5nm的光(紫外光)照射时,价带的电子就会获得光子的能量而越前至
导带,形成光生电子(e-);而价带中则相应地形成光生空穴(h+),如图1-1所示。
图IT Ti爲光电效应示意图
Fi此 L-L Schematic diagram of phnto&lectric transfer effect on TiQ
如果把分散在溶液中的每一颗TiO2粒子近似看成是小型短路的光电化学电池, 则光
电效应应产生的光生电子和空穴在电场的作用下分别迁移到 TiO2表面不同的位置。
TiO2表面的光生电子e-易被水中溶解氧等氧化性物质所捕获,而空穴 ^则可氧化吸 附于TiO2表面的有机物或先把吸附在TiO2表面的OHff口"C分子氧化成-OH1由基,・0H
自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的,能氧化水中绝大部分的有机物及无机污染
由机理反应可知,TiO2光催化降解有机物,实质上是一种自由基反应
Ti0 2光催化氧化的影响因素
1、试剂的制备方法
常用Ti0 2光催化剂制备方法有溶胶一凝胶法、沉淀法、水解法等。不同方法制 得的Ti0 2粉末的粒径不同,其光催化效果也不同。 同时在制备过程中有无复合,有
无掺杂等对光降解也有影响。Ti0 2的制备方法在许多文献上都有详细的报道, 这里
就不再赘述。 CO和HO等无害物质
反应过程如下:
反应过程如下:
+ - TiO 2 + hv T h +e ⑶
+ h + OH- T OH (5)
e- +O 2 T O2 (7)
2 H 2O T O 2 + H 2O2 (9) + - h +e T热能
+ + h + H2O T OH + H
O2 + H+ T HO2 -
+ H2O2 + O2 T OH + H + O2 (4)
负载金的掺氮二氧化钛的制备及其可见光催化性能
第29卷第5期 2011年9月 影像科学与光化学
maging Science and Photochemistry Vo1.29 No.5 Sept.,2011
负载金的掺氮二氧化钛的制备及其
可见光催化性能
景明俊,王 岩,张 敏,杨建军
(河南大学特种功能材料教育部重点实验室,河南开封475004)
摘要:以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法先制备得到新型N掺杂二氧化
钛,然后用沉积沉淀法在N掺杂二氧化钛表面负载微量贵金属Au,制备得到负 载Au的掺N二氧化钛.利用TEM、XRD、XPS、ESR和DRS等手段研究了样
品的形貌、晶体结构、元素化学态和光谱吸收性质.样品光催化活性通过可见光
催化降解丙烯进行评价,结果表明,样品N—rriO2和Au/N-TiO 具有明显的可见
光( ≥420 nm)催化活性.ESR结果表明,掺氮过程中生成的束缚单电子的氧 空位是样品具有可见光响应的原因.
关键词:TiO2;金负载;氮掺杂;光催化
文章编号:1674—0475(2011)05—0353—11 中图分类号:064 文献标识码:A
近年来,对二氧化钛进行非金属离子掺杂以获得可见光响应的光催化剂受到较多的
研究,其中N元素掺杂二氧化钛由于具有较好的可见光催化性能而备受关注_l .N掺杂
二氧化钛的可见光催化性能常常与氮源、二氧化钛前驱体、制备方法和评价体系紧密相
关.常用的制备N掺杂二氧化钛的方法有液相法和固相法,液相法主要是溶胶一凝胶法, 以氨水为氮源,采用钛的有机物或无机钛盐为二氧化钛前驱体_5];固相法主要包括磁控
离子溅射和高温热处理二氧化钛,氮源一般采用氨气或氨气与氩气的混合气体,二氧化
钛前驱体多采用粉体二氧化钛或纳米管二氧化钛_4 ].其中,纳米管二氧化钛以其较大比 表面积而备受青睐.1998年,Kasuga等把锐钛矿二氧化钛在氢氧化钠溶液中热处理制备
得到纳米管二氧化钛L ;但是,Du等认为其组成应为Ti 或H Ti。O l_8].我们研究小组
二氧化钛光催化剂掺杂改性的研究进展
二氧化钛光催化剂掺杂改性的研究进展
张卓磊;王罗春;朱孟奇;武文燕;邢灿
【摘 要】半导体材料TiO2作为光催化剂得到了广泛的研究和应用.介绍了TiO2光催化反应机理以及光催化剂掺杂改性的研究进展,包括金属离子、非金属以及金属/非金属共掺杂,并且指出了TiO2光催化剂改性的研究热点和研究方向.
【期刊名称】《上海电力学院学报》
【年(卷),期】2013(029)001
【总页数】5页(P92-96)
【关键词】TiO2光催化剂;掺杂改性;金属/非金属
【作 者】张卓磊;王罗春;朱孟奇;武文燕;邢灿
【作者单位】上海电力学院环境与化学工程学院,上海200090
【正文语种】中 文
【中图分类】O643.32
1972年,FUJISHMA A发现锐钛矿型纳米二氧化钛(TiO2)微粒在紫外光照射下能使水持续光解生成氢气和氧气[1];1976年,CAREY J H等人首先采用TiO2光催化降解难降解的有机化合物联苯和氯代联苯[2].由此,有关TiO2等半导体光催化剂的研究成了近30年来材料化学以及环境科学领域的热点.TiO2半导体光催化剂具有催化活性高、化学性质稳定、禁带宽度合适、环境友好、成本低廉,以及对有机物降解无选择性等特点,被广泛地应用于有机污染物的光催化降解、太阳能电池的组装,以及光分解水制氢气或氧气等领域的研究[3,4].但是TiO2由于其禁带宽度的限制,只能利用太阳光中的紫外线部分,因此对TiO2光催化剂进行掺杂改性,使其对太阳光的响应范围拓展至可见光区,成为近年来光催化研究的热点.
1 TiO2光催化反应机理
在自然界中,TiO2主要以锐钛矿、金红石和板钛矿3种晶型存在.板钛矿是煅烧过程中锐钛矿向金红石相转化的一个过渡相,在自然界中的量很少,因此对其的研究也极少.锐钛矿型TiO2的光催化活性高于金红石相TiO2,但也有研究指出,含有少量金红石相的锐钛矿TiO2具有更高的活性[5,6].锐钛矿型 TiO2 的禁带宽度为 3.2 eV,其能量相当于波长为387.5 nm的紫外光,当所用能量等于或者大于禁带宽度的光照射,即要在紫外光的激发下才能显示催化活性.TiO2的光催化特性是由其特殊的能带结构决定的.在紫外光的作用下,TiO2的价带电子被激发到导带,产生高活性的电子-空穴对,电子-空穴对转移到本体表面后能被不同的点捕获,进而使空气中的氧及水活化产生活性氧自由基和(OH·)自由基,与H+作用生成自由基,自由基和OH·自由基羟基具有很高的反应活性,当污染物吸附于基表面时,就会与自由电子和空穴结合,发生氧化反应,从而分解污染物[7].
二氧化钛铂掺杂提高光催化活性
二氧化钛铂掺杂提高光催化活性
一、引言
光催化技术作为一种绿色环保的高级氧化技术,在环境净化、能源转换等领域具有巨大的应用潜力。二氧化钛(TiO₂)因其化学稳定性高、无毒、成本低等优点,成为最常用的光催化剂之一。然而,TiO₂存在一些局限性,如光吸收范围窄、光生载流子复合率高等,限制了其光催化活性的进一步提高。为了克服这些问题,对TiO₂进行改性成为研究热点,其中铂(Pt)掺杂是一种有效的方法。
二、二氧化钛的光催化原理
1. 光吸收过程
TiO₂是一种半导体材料,其价带和导带之间存在一定的能隙。当光子能量大于等于TiO₂的能隙时,TiO₂能够吸收光子,使价带中的电子跃迁到导带,同时在价带中留下空穴,形成电子 - 空穴对。
2. 电荷分离与迁移
光生电子和空穴在TiO₂内部电场的作用下发生分离,并分别向TiO₂的表面迁移。在迁移过程中,电子和空穴可能会发生复合,如果复合率过高,将导致光催化活性降低。
3. 表面反应
迁移到TiO₂表面的电子和空穴可以与吸附在表面的反应物发生氧化还原反应。例如,空穴可以氧化吸附的水分子产生羟基自由基(·OH),电子可以还原吸附的氧气分子产生超氧自由基(·O₂⁻)等活性物种,这些活性物种具有很强的氧化性,可以将有机污染物分解为二氧化碳和水等无害物质。
三、二氧化钛光催化活性的限制因素
1. 光吸收范围窄
TiO₂的能隙较宽,通常只能吸收紫外光,而紫外光在太阳光中所占比例较小,这限制了TiO₂对太阳光的利用效率。
2. 光生载流子复合率高
光生电子和空穴在迁移过程中容易复合,导致能够参与表面反应的有效载流子数量减少,从而降低了光催化活性。
四、铂掺杂提高二氧化钛光催化活性的机制
1. 扩展光吸收范围
Pt的掺杂可以在TiO₂的能带结构中引入杂质能级,使TiO₂的光吸收范围向可见光区域扩展。这是因为Pt的原子轨道与TiO₂的能带相互作用,改变了TiO₂的电子结构,使得TiO₂能够吸收能量较低的可见光光子。
二氧化钛掺杂改性综述
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二氧化钛掺杂改性综述
作者:张静 袁梦鑫
来源:《科教导刊·电子版》2016年第29期
摘 要 20世纪90年代以来,在众多的光催化剂当中,TiO2以其优良的催化性能、稳定的化学性能、环保无毒、使用寿命长等优点而被广泛关注和使用。TiO2光催化在环境保护领域内的水和气相有机、无机污染物的光催化去除方面取得了较大的进展,被认为是一种极具前景的环境污染深度净化技术。目前阻碍纳米二氧化钛应用推广的主要障碍是反应的光催化效率不高,将纳米二氧化钛进行离子掺杂可以有效提高其光催化效率。掺杂主要分为金属离子和非金属离子两个方面的研究。
关键词 TiO2 光催化剂 掺杂改性
中图分类号:O472 ; O643 文献标识码:A
1金属离子掺杂改性
大量的研究报告显示金属离子的掺入可改善TiO2薄膜的光催化性能。在TiO2晶格中掺入金属离子可达到通过引入缺陷位置或改变结晶度来抑制电子与空穴的复合、延长载流子的寿命,从而改善光催化性能。
金属离子掺杂对电荷对迁移过程的影响主要存在三个方面:
(1)当半导体的表面电荷层厚度达到与入射光的入射深度相同时,催化剂的光致电子和空穴的分离最有效,催化剂对光的利用效率也最高,此时的金属离子的掺杂量为最佳掺杂量。
(2)掺杂离子在TiO2晶格中必须既可以捕获光生电荷,又可以将传递光生电荷,掺杂后才能够具有良好的光催化性。
(3)金属离子的最佳掺杂量是通过测量光生电荷的寿命来度量和表征的。
付宏刚等采用溶胶-凝胶法制备Fe3+/TiO2/SiO2薄膜,通过对罗丹明B在模拟日光下的光催化降解实验发现,掺杂0.03%Fe3+得到催化剂对罗丹明B的降解率最高,且Fe3+/TiO2/SiO2薄膜催化剂比TiO2粉体催化剂具有更高的光催化活性。曹亚安等研究了Sn4+掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响,Sn4+/TiO2薄膜光催化活性相对未掺杂TiO2薄膜有所提高,原因如下:TiO2薄膜吸附CO2含量高于Sn4+/TiO2薄膜吸附CO2含量,表面吸附的CO2可以和表面的羟基、桥氧形成双齿结构的表面物种,使有利于光催化的表面活性物种的含量降低,从而使光催化活性有所降低;Sn4+/TiO2薄膜比TiO2薄膜具有更大的比表面积,光催化活性相应龙源期刊网
二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究
摘要
I 二氧化钛纳米材料的制备、改性及光催化性能研究
摘要
随着人们生活水平的不断提高,越来越多的产品来自于石油、煤炭和天然气等不可
再生的自然资源。同时,产品在原材料的提取、运输和转化过程中都有可能给环境带来
负面效应。因此,环境污染和能源短缺现象成为人类目前应对的世界性难题。半导体光
催化技术在环境修复领域的作为不容忽视,已被证明是降解水体和大气环境中有害污染
物的有效途径。在解决能源危机方面,通过光分解水制氢、太阳能电池等方式实现了可
再生能源的高效利用。二氧化钛因其高稳定性,无毒性且低成本被认为是非常理想的光
催化半导体材料。
光催化剂的表面积是决定污染物吸附量的重要因素,直接影响其光催化活性的强弱。
由于二氧化钛纳米材料的高表面能使得纳米粒子间倾向于聚集以达到体系的平衡状态,
导致纳米粉体的团聚现象严重,无法获得较大的活性表面积。因此,本文采用表面活性
剂作为分散剂,并优化制备工艺进行改性,以获得均一分散的二氧化钛纳米体系是十分
必要的。主要研究内容如下:
(1)综合溶胶-凝胶法和溶剂热法的制备优势,本论文采用溶胶-溶剂热改进工艺进
行实验分析。以钛酸丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,浓硝酸为抑制剂,按照
n(Ti(OR)
4):n(C
2H
5OH):n(H+):n(H
2O)=1:15:0.35:4的反应物配比,制备纳米级二氧化钛材
料。
(2)通过单因素实验与正交实验相结合的方式,以样品对甲基橙的光催化降解率为
分析依据,探究溶剂热温度、溶剂热时间、煅烧温度和煅烧时间对于二氧化钛光催化活
性的影响。正交实验的结果表明,最佳工艺参数是:当溶剂热温度为150℃,溶剂热时
间为24h,煅烧温度为450℃,煅烧时间为4h时,样品的光催化降解率最高,为82.88%。
同时XRD、SEM、TEM和EDS的图像表明,样品为结晶度良好的单一锐钛矿相,无任
何杂质,但分散性一般。
(3)在最佳工艺参数的基础上,通过控制表面活性剂的种类和含量的不同,探究不
不同金属离子掺杂对TiO2选择性氧化光催化活性的影响
2011年39卷第19期 广州化工
不同金属离子掺杂对TiO2选择性氧化光催化活性的影响
于新婕,陈前林
(贵州大学化学与化工学院,贵州 贵阳550003)
摘 要:采用溶胶一凝胶法制备二氧化钛光催化剂,通过在基材中加入金属离子,对TiO 进行改性,研究以
30 mg/L甲基橙与100 mg/L重铬酸钾为降解模型,掺杂不同价态离子对催化剂选择性氧化光催化性能的影响。实
验结果表明:掺人低价离子的催化剂的氧化性提高并且还原性得到有效的抑制,有较强的选择性氧化光催化活性。
关键词:二氧化钛;选择性;光催化氧化;掺杂
Study on Selective Oxidation of TiO2 Photocatalytic Activity
YU XSn—jie.CHEN Qian—Z n
(College of Chemistry and Chemical Engineering,Guizhou University,Guizhou Guiyang 550003,China)
Abstract:Using sol—gel method for preparation of titanium dioxide photocatalyst by adding metal ion in the base
material,TiO2 was modified,and in 30 mg/L methyl orange and 100 mg/L potassium dichromate for degradation model,
doped with different valence ions on catalytic performance of catalysts for selective oxidation of light that were studied.Ex—
perimental results showed that the oxidation of mixed catalyst with low ions was increased there the reduction was effective—
