张世鸿
,
涂学炎
,
尹海川
,
高诚伟
,
王伟
,
王颖臻
贵金属
doi:10.3969/j.issn.1004-0676.2005.01.002
采用浸渍法制备了2个系列的Ru/Mn-Ce/TiO2及Ru/TiO2催化剂,并用XRD、TEM、BET等方法对催化剂进行表征.在T=270℃和Po2=1.5MPa条件下,在间歇式反应釜中对丁二酸进行降解实验.结果表明60min内丁二酸降解的总有机碳(TOC)去除率为80%～99.8%;在钌含量相同的情况下,Ru/Mn-Ce/TiO2催化剂的催化活性高于Ru/TiO2催化剂;Ru含量较低的情况下,Mn、Ce对提高催化活性有很大作用,但Ru含量增加时Mn、Ce的作用减弱;氢还原的温度对Ru/TiO2系列催化剂的催化氧化活性有明显影响,500℃还原钌所得催化剂对丁二酸的催化氧化活性优于350℃.
关键词:
催化化学
,
钌
,
催化湿式氧化
,
丁二酸
,
二氧化锰
,
氧化铈
,
二氧化钛
于福海
,
王军虎
,
赵昆峰
,
尹杰
,
金长子
,
刘忻
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(12)60574-9
采用新的化学溶液法,通过不同体积的钛酸四异丙酯的2-乙二醇单乙醚溶液与一定浓度的H2O2水溶液直接反应并对生成的钛过氧化配合物进行焙烧,制备了一系列TiO2光催化剂.表征发现,所得TiO2样品为金红石和锐钛矿的纳米复合晶体,改变2-乙二醇单乙醚的体积可实现金红石相比例在0～96％广范围的调变.与商业二氧化钛P-25相比,所得的TiO2紫外-可见光吸收谱出现明显红移,间隙能降低,在可见光照射下,该样品对亚甲基蓝有良好的降解活性.当2-乙二醇单乙醚的添加量为5ml时,所得样品体相中金红石相比例接近50％,其光催化活性和吸附性能最好,可分别是P-25的3倍和5倍.拉曼光谱结合X射线衍射等表征结果表明,该样品的表面仅含少量的金红石相.TiO2纳米复合晶表面晶相的组成和分布对其光催化降解亚甲基蓝的活性及其吸附能力有直接的影响.另外,TiO2纳米复合晶的缺陷浓度也是增强其光吸收能力,提高其可见光光催化活性的原因之一.
关键词:
化学溶液法
,
二氧化钛晶体
,
纳米复合物
,
可见光
,
光催化
,
晶相调变
,
吸附性能
刘伟星
,
赵哲
,
涂宝峰
,
崔大安
,
区定容
,
程谟杰
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60235-7
纳米TiO2修饰的La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-δ(LSCF)阴极被直接应用于YSZ电解质电池上. TiO2可阻止LSCF和YSZ间的化学反应,抑制SrZrO3的形成. LSCF-0.25 wt% TiO2阴极电池在0.7 V和600°C下的电流密度是LSCF阴极电池的1.6倍.电化学阻抗谱结果表明, TiO2修饰显著加快了氧离子注入电解质的过程,这可能与TiO2抑制了阴极/电解质界面处高电阻SrZrO3层的形成有关.本文为在ZrO2基电解质上使用高性能的(La,Sr)(Co,Fe)O3阴极材料提供了一种简单有效的方法.
关键词:
中温固体氧化物燃料电池
,
阴极
,
二氧化钛
,
界面反应
,
氧化锆基电解质
马艺
,
王秀丽
,
李灿
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60874-9
二十世纪八十年代以来,特别是近十年,光催化研究在利用可再生能源太阳能的道路上飞速发展。越来越多的研究表明,相结结构的构筑是有效提高半导体光催化剂性能的重要策略。其中, TiO2作为重要的模型光催化剂,其相关研究成果呈现出指数增长的趋势。本综述围绕TiO2模型光催化剂,主要介绍TiO2表面相结的研究成果,包括TiO2表面相的表征、锐钛矿：金红石TiO2相结用于光催化产氢研究、TiO2相结在光催化中作用的最新认识等。在表征方面,通过表面灵敏的紫外拉曼光谱研究了TiO2相变过程中表面相结构的变化,结合可见拉曼以及XRD表征揭示了TiO2独特的相变过程,即相变始于锐钛矿粒子的界面处,小粒子逐渐团聚为大粒子,致其相变从大粒子体相开始最终扩展到整个粒子。使用CO, CO2探针红外光谱,根据锐钛矿和金红石表面吸附物种的差异,进一步证实了锐钛矿：金红石表面相结结构,为紫外拉曼光谱的表面表征特性提供坚实证据。同时,利用发光光谱观察到锐钛矿晶相的可见发光带和金红石晶相的近红外发光带,并基于此给出了TiO2材料表面相结结构的荧光表征新方法。此外荧光光谱还提供了锐钛矿、金红石相中载流子动力学信息,揭示了束缚态在光催化中的作用。在光催化应用方面,观察到混相结构TiO2较单独锐钛矿及金红石相具有更高的光催化产氢活性,通过在较大金红石颗粒上担载纳米锐钛矿粒子,证明了相结结构在提高光催化活性中的核心作用,并首次提出了锐钛矿：金红石表面异相结结构概念,推断其对电荷分离的促进作用是最终提高反应活性的原因。之后将此概念应用到改善商品TiO2(P25)光催化活性中,通过可控热处理精细调控P25的表面相结构,在光催化重整生物质衍生物产氢实验中,成功将P25光催化产氢活性提高3?5倍。之后发展了新的TiO2表面控制方法,通过加入Na2SO4等相变控制剂,延缓了TiO2从锐钛矿向金红石的相变过程,在较高温度下实现TiO2相结结构的调控,最终可将P25光催化重整甲醇制氢的活性提高6倍,同时通过高分辨电镜清晰观察到锐钛矿：金红石相结的原子层生长接触。在相结作用机理方面,多种时间分辨光谱技术以及理论计算被用作探索锐钛矿：金红石相结处的电子转移机理。通过时间分辨红外光谱对TiO2表面相结结构作用的研究,特别是利用锐钛矿、金红石不同的瞬态吸收光谱特征,证明了锐钛矿：金红石相结处的载流子转移过程,存在锐钛矿向金红石的电子转移过程。模型光催化剂TiO2相结的研究成果,加深了对光催化机理的认识,促进新型高效光催化体系的设计合成。
关键词:
光催化
,
表面相结
,
电荷分离
,
太阳能
,
二氧化钛
王潇彤
,
李延敏
,
刘新
,
高善民
,
黄柏标
,
戴瑛
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(14)60234-5
以TiH2为Ti源， H2O2为氧化剂，首先通过表面氧化得到不同状态的前驱体凝胶，然后采用后续水热处理制备Ti3+自掺杂的纳米TiO2.考察了前驱体凝胶状态及水热处理时间对材料结构和性能的影响.利用X射线衍射、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、电子顺磁共振波谱和紫外-可见漫反射光谱手段对样品进行表征.以次甲基蓝溶液为模拟废水评价样品的可见光催化降解性能.结果表明，与纯TiO2相比， Ti3+的自掺杂使材料在可见光区有明显的吸收，并具有良好的可见光催化降解性能和循环使用性能.当采用黄色凝胶为前驱体时，在160°C下水热处理24 h所得样品在可见光下光催化降解次甲基蓝的反应速率常数(0.0439 min-1)是纯TiO2的18.3倍.
关键词:
Ti3+自掺杂
,
二氧化钛
,
凝胶
,
水热法
,
可见光催化
温九清
,
李鑫
,
刘威
,
方岳平
,
谢君
,
徐悦华
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60999-8
非均相光催化过程是指多相多尺度体系在光辐射作用下发生的一个复杂的催化过程，被认为最有潜力解决环境污染和能源短缺问题的绿色及可再生的技术之一。在目前已经报道的各种非均相光催化剂中， TiO2纳米材料被证实是应用最广泛、光催化效果最好的催化剂，是当前国际材料、环境和能源等领域的研究前沿和热点，高性能TiO2基光催化材料的设计及改性一直是该领域的难点，其关键问题主要为：如何增强TiO2的表面光催化量子效率、促进光生载流子分离和拓展其可见光响应范围。尽管已经有很多关于TiO2光催化的综述，但大多综述集中在高性能TiO2的制备及各种改性策略研究，而对各种改性策略与光催化分子机理之间的关系阐述较少。为此，本文深入分析了TiO2纳米材料的非均相光催化本质并总结了各种表面改性策略。首先从热力学角度阐明TiO2的热力学能带能够确保其实现各种典型光催化反应(包括光催化降解、CO2还原及光解水)，证实其广泛应用的可行性。然后，对TiO2光生载流子的动力学基础进行总结，证实快速的广生载流子复合以及较慢的表面化学反应动力学是限制其光催化活性提高的关键制约性因素。于此同时，对TiO2纳米材料的表面Zeta点位、超亲水性、超强酸光催化剂制备(表面羟基取代)等重要的表面化学性质也进行了详细阐述。从而可以初步得出如下结论：表面改性是设计高性能TiO2光催化材料的重中之重，并将各种改性策略浓缩在6个方面：表面掺杂和敏化，构建表面异质结，负载纳米助催化剂，增加可利用的比表面剂，利用表面氟效应以及暴露高活性晶面等。显然，表面掺杂和敏化可以减小TiO2纳米材料的禁带宽度，从而大幅拓宽其可见光吸收范围及光催化效率。而构建紧密的表面异质结可以创建界面电场，不仅可以促进光生电荷分离效率，而且可以有效提高界面电荷转移效率，最终实现异质结的高光催化效率。负载纳米助催化剂则可以大幅加快表面化学反速率，降低光生载流子的表面复合并增加其利用率，并有可能减少不期望的表面逆反应，从而实现光催化活性提升。增加可利用的比表面剂，可以有效提升光催化剂与吸附质之间的有效接触面积，缩短了载流子的传输距离以及通过多次反射与折射提升光能的利用率，从而全方位地提升TiO2纳米材料的光催化活性。对TiO2纳米材料表面进行氟化，可以增加光生羟基自由基的速率以及浓度，并可以通过调节TiO2表面酸碱性而控制其光催化选择性，从而实现高效高选择性光催化。最后，通过暴露TiO2纳米材料的高活性晶面，也可以促进光生载流子分离、增加吸附性能或羟基自由基生成速率，从而获得高光催化效率。另外，这些表面改性策略的协同效应仍是较有前景的TiO2纳米光催化剂改性技术，值得深入研究。同时，深入的光催化分子机理探索仍然是必须的，其不仅有助于发现影响TiO2纳米材料光催化活性提高的关键性制约因素，而且也可以指导开发新型的TiO2纳米光催化剂改性技术。总而言之，通过总结TiO2纳米材料在光催化、表面化学及表面改性等方面的重要进展，可为设计高效的TiO2基及非TiO2基光催化剂并应用于太阳燃料生产、环境修复、有机合成及相关的领域(如太阳能电池、热催、分离和纯化)等提供新的思路。
关键词:
二氧化钛
,
表面化学
,
表面改性
,
表面氟效应
,
助催化剂
潘伦
,
张靖雯
,
贾旭
,
马煜航
,
张香文
,
王莅
,
邹吉军
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(16)62576-7
TiO2具有高效、廉价、无毒及光化学稳定性好等优点,因而被广泛应用于光能转化和利用领域,如太阳能电池、光催化分解水制氢和环境污染物降解等.但是,TiO2仍然存在一些缺陷制约了其应用,其中,最关键的问题是光生电荷分离效率低.因此,人们对其进行了掺杂、异质结构建和Z型结构建等来解决这一问题,其中Z型结近年来备受关注.全固体Z型结的构建目前主要有两种方式:PSI-C-PSII和PSI-PSII.前者PSI与PSII间要插入中间导电层(如Au、rGO等)来实现界面欧姆接触;后者则无中间层,而是基于界面设计来实现欧姆接触.本文以构建PSI-PSII Z型结为目标,以TiO2和WO3为基础半导体材料,采用原位溶剂热生长的方法构建WO3量子点/TiO2结构,借助氢气还原反应在界面处引入氧缺陷.采用透射电子显微镜、X射线衍射和拉曼光谱研究了复合晶体结构,采用X射线光电子能谱、紫外可见光谱和荧光光谱等手段研究了Z型结的界面结构和能带结构.结合光催化分解水产氢活性来建立Z型结结构与光催化性能的关联关系.表征结果表明,在TiO2上进行原位溶剂热成核反应可点缀WO3量子点,并且量子点粒径随W前驱体用量的增加而变大.两种半导体材料为TiO2锐钛矿和WO3晶体结构,且WO3的XRD特征峰和Raman特征吸收峰会随W前驱体用量增加而变大.通过对WO3/TiO2进行氢气还原处理,使其表面形成大量W5+和氧缺陷,一方面提高了催化剂对可见光的吸收,另一方面在界面形成欧姆接触,实现了Z型结构的构建.Z型结构实现了光催化分解水产氢反应,其中WTH10光催化活性最好.本文为新型Z型光催化剂的设计和构建提供了新思路和策略.
关键词:
WO3?x
,
二氧化钛
,
产氢
,
量子点
,
W5+/氧缺陷
