下载文档原格式
２０１５年１０月第２３卷第１０期 工业催化ＩＮＤＵＳＴＲＩＡＬＣＡＴＡＬＹＳＩＳ Ｏｃｔ．２０１５Ｖｏｌ．２３ Ｎｏ．１０催化剂制备与研究收稿日期：２０１５－０５－２６ 基金项目：国家自然科学基金（２１４７３１８０）资助项目作者简介：贾 庆，１９８９年生，女，山东省滨州市人，在读硕士研究生，研究方向为光催化。
通讯联系人：崔月华，女，研究员，博士研究生导师。
微波辅助制备Ｂ－Ｎ共掺杂ＴｉＯ２催化剂及其光催化活性贾 庆１，彭 洋１，郑彦清１，２，崔月华１（１．中国科学院重庆绿色智能技术研究院，重庆４００７１４；２．重庆大学化学化工学院，重庆４０００４４）摘 要：以钛酸丁酯为钛源，采用微波辅助溶胶－凝胶法制备ＴｉＯ２微粒，用于亚甲基蓝染料紫外光照降解实验。
对比研究了未掺杂、Ｂ掺杂、Ｎ掺杂和Ｂ－Ｎ共掺杂ＴｉＯ２的光催化活性，采用扫描电子显微镜表征催化剂微观结构，用Ｌａｎｇｍｕｉｒ－Ｈｉｎｓｈｅｌｗｏｏｄ模型进行动力学拟合，并从电化学角度分析。
结果表明，采用微波辅助溶胶－凝胶法制备的Ｂ－Ｎ共掺杂ＴｉＯ２具有最佳催化活性，其表面形貌比未掺杂ＴｉＯ２更均匀，具有更高的比表面积，同时Ｂ－Ｎ共掺杂使ＴｉＯ２催化剂产生了微观的ｐ－ｎ结效应，表现出很好的催化活性。
在Ｂ－Ｎ共掺杂ＴｉＯ２催化剂用量为２ｇ·Ｌ－１和亚甲基蓝初始浓度为１０ｍｇ·Ｌ－１条件下，室温紫外光照４ｈ，亚甲基蓝降解率达９１．６％。
关键词：催化化学；ＴｉＯ２催化剂；微波；Ｂ－Ｎ共掺杂；亚甲基蓝ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２０１５．１０．００４中图分类号：Ｏ６４３．３６；ＴＱ０３４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８ １１４３（２０１５）１０ ０７５２ ０６ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＢ Ｎｃｏ ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ｃａｔａｌｙｓｔｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｓｓｉｓｔｅｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｉｔｓｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙＪｉａＱｉｎｇ１，ＰｅｎｇＹａｎｇ１，ＺｈｅｎｇＹａｎｑｉｎｇ１，２，ＣｕｉＹｕｅｈｕａ１（１．ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｒｅｅｎａｎｄＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４００７１４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｕｓｉｎｇｔｅｔｒａｂｕｔｙｌｔｉｔａｎａｔｅａｓｔｉｔａｎｉｕｍｓｏｕｒｃｅ，ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｌｅｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｍｉｃｒｏｗａｖｅ ａｓｓｉｓｔｅｄｓｏｌ ｇｅｌｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄｔｈｅｎｗｅｒｅｕｓｅｄｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｄｙｅｕｎｄｅｒＵＶｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎ．Ｔｈｅｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅｕｎｄｏｐｅｄ，Ｂ ｄｏｐｅｄ，Ｎ ｄｏｐｅｄａｎｄＢ Ｎｃｏ ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｉｒｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗｅｒｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄｂｙｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．ＫｉｎｅｔｉｃｓｆｉｔｔｉｎｇｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｂｙＬａｎｇｍｕｉｒ Ｈｉｎｓｈｅｌｗｏｏｄｍｏｄｅｌ．Ｔｈｅｃａｔａｌｙｓｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｍｅｔｈｏｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＢ Ｎｃｏ ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ｐｏｓｓｅｓｓｅｄｔｈｅｂｅｓｔｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ，ａｎｄｍｏｒｅｕｎｉｆｏｒｍｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｈｉｇｈｅｒｓｐｅｃｉｆｉｃｓｕｒｆａｃｅａｒｅａｔｈａｎｕｎｄｏｐｅｄＴｉＯ２．ＴｉＯ２ｃａｔａｌｙｓｔｈａｄｇｏｏｄｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙｄｕｅｔｏｔｈｅｐ ｎｊｕｎｃｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔａｔｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｌｅｖｅｌ，ｗｈｉｃｈｃｏ ｄｏｐｉｎｇｏｆＢａｎｄＮｐｒｏｄｕｃｅｄ．ＷｈｅｎｔｈｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆＢ Ｎｃｏ ｄｏｐｅｄＴｉＯ２ｗａｓ２ｇ·Ｌ－１ａｎｄｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｗａｓ１０ｍｇ·Ｌ－１，ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｒｅａｃｈｅｄ９１．６％ａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｕｎｄｅｒＵＶｌｉｇｈｔｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｆｏｒ４ｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｔａｌｙｔｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙ；ＴｉＯ２ｃａｔａｌｙｓｔ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅ；Ｂ Ｎｃｏ ｄｏｐｉｎｇ；ｍｅｔｈｙｌｅｎｅｂｌｕｅｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８ １１４３．２０１５．１０．００４ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：Ｏ６４３．３６；ＴＱ０３４ Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ ＡｒｔｉｃｌｅＩＤ：１００８ １１４３（２０１５）１０ ０７５２ ０６Copyright ©博看网. All Rights Reserved. ２０１５年第１０期 贾 庆等：微波辅助制备Ｂ－Ｎ共掺杂ＴｉＯ２催化剂及其光催化活性 ７５３ 我国是染料大国，在染料生产和使用中，会产生大量碱度高、色泽深和臭味大的废水，严重污染生态环境［１］。
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究近年来，纳米材料在化学、生物、环境科学等领域中得到了广泛的研究和应用。
其中，纳米二氧化钛（TiO2）作为一种重要的光催化剂，具有高效、可再生和环境友好等特点，在环境净化、能源产生和分解有机物等方面具有广阔的应用前景。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备方法、改性途径及其应用研究。
一、纳米TiO2光催化剂的制备方法一般来说，制备纳米TiO2的方法可以分为物理法和化学法两类。
物理法主要采用物理化学方法，如溶胶-凝胶法、热分解法、气相沉积法等；化学法则是指溶胶法、水热法、反应混合物法等。
这些方法不仅能够控制纳米颗粒的尺寸和形貌，还能够改变其相结构和晶格缺陷，以调控纳米颗粒的光催化性能。
二、纳米TiO2光催化剂的改性途径为了提高纳米TiO2的光催化活性和稳定性，许多研究者通过改性方法对其表面进行处理。
常见的改性手段包括：掺杂、复合、修饰以及载体的选择等。
掺杂是指将一些金属、非金属元素掺入TiO2晶格中，以调控其能带结构和电子结构，提高光吸收范围和载流子分离效率；复合是指将TiO2和其他半导体材料复合，形成异质结构，提高光生电子-空穴对的分离效果；修饰则是在TiO2表面修饰一层活性物质，如负载金属催化剂、有机染料等，以增强其吸附能力和活性；而载体的选择则常常可以通过介孔材料或纳米载体来限制纳米颗粒的再聚集和增加其比表面积。
三、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环境净化、能源产生和有机物降解等方面具有广泛的应用前景。
在环境领域，纳米TiO2光催化剂可以应用于有害物质的分解和废水的处理。
例如，通过纳米TiO2光催化剂的作用，可以分解空气中的甲醛、苯等VOCs （挥发性有机物），从而净化空气。
在废水处理方面，纳米TiO2光催化剂可用于分解废水中的有机物以及去除重金属离子等。
在能源产生方面，纳米TiO2光催化剂可以用于光电子设备的制备。
纳米TiO2颗粒作为光吸收剂，在光电子器件（如光电池）中具有重要的作用。
《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境问题的日益严重，光催化技术作为一种新型的环保技术，已经引起了广泛的关注。
纳米TiO2光催化剂作为光催化技术中的核心组成部分，具有高效、稳定、无毒等优点，被广泛应用于废水处理、空气净化、太阳能电池等领域。
本文将重点介绍纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。
二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法主要包括气相法和真空蒸发法等。
气相法是通过将TiO2原料加热至高温，使其在气体状态下凝聚成纳米粒子。
真空蒸发法则是将TiO2原料在真空环境下加热蒸发，然后在冷却过程中形成纳米粒子。
这两种方法虽然可以制备出纯度高、粒径分布窄的纳米TiO2，但设备成本较高，不适合大规模生产。
2. 化学法化学法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法是制备纳米TiO2最常用的方法之一。
该方法通过将Ti的前驱体溶解在溶剂中，经过水解、缩合等反应形成溶胶，再通过干燥、煅烧等过程得到纳米TiO2。
该方法设备简单、操作方便，适合大规模生产。
三、纳米TiO2光催化剂的改性为了提高纳米TiO2光催化剂的光催化性能，人们对其进行了各种改性研究。
常见的改性方法包括贵金属沉积、非金属元素掺杂、半导体复合等。
1. 贵金属沉积贵金属如Pt、Ag等可以沉积在纳米TiO2表面，形成肖特基势垒，能够有效地捕获光生电子，抑制电子-空穴对的复合，从而提高光催化性能。
2. 非金属元素掺杂非金属元素如N、C、S等可以掺杂到纳米TiO2晶格中，使其吸收可见光的能力增强，拓宽了光谱响应范围。
同时，掺杂还能够影响晶格缺陷，提高载流子的迁移率，从而提高光催化性能。
3. 半导体复合通过将纳米TiO2与其他半导体材料进行复合，可以形成异质结，提高光生电子和空穴的分离效率。
常见的复合材料包括CdS、ZnO等。
此外，还可以通过形成核壳结构等方式进一步提高光催化剂的稳定性。
四、纳米TiO2光催化剂的应用研究纳米TiO2光催化剂在环保领域具有广泛的应用前景。
《纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究》篇一一、引言随着环境保护意识的提高和可持续发展的需求，光催化技术因其在太阳能利用、环境污染治理及光催化反应等多个领域的广泛应用而受到广泛关注。
其中，纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，成为当前研究的热点。
本文将重点探讨纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究。
二、纳米TiO2光催化剂的制备1. 物理法物理法包括气相法、真空蒸发法等，主要通过高温处理获得高质量的纳米TiO2粉末。
其优点是制得的纳米粒子具有较好的晶型结构，但存在生产效率较低，成本较高的缺点。
2. 化学法化学法包括溶胶-凝胶法、水热法等。
其中，溶胶-凝胶法是通过在溶液中制备出均匀的溶胶，然后通过热处理获得纳米TiO2。
水热法则是在高温高压的水溶液中直接进行化学反应。
这两种方法均具有较高的生产效率和较低的成本。
三、纳米TiO2光催化剂的改性由于纳米TiO2光催化剂在可见光区域的响应能力较弱，研究者们通过掺杂、表面修饰等方法对其进行改性。
1. 掺杂掺杂是提高纳米TiO2光催化剂可见光响应能力的一种有效方法。
通过在TiO2晶格中引入其他元素（如氮、硫等），可以拓宽其光谱响应范围，提高对可见光的利用率。
2. 表面修饰表面修饰是通过在纳米TiO2表面引入其他物质（如贵金属、金属氧化物等）来改善其性能。
这些物质可以有效地捕获光生电子和空穴，抑制其复合，从而提高光催化效率。
四、纳米TiO2光催化剂的应用研究1. 环境保护领域纳米TiO2光催化剂在环境保护领域的应用主要包括废水处理、空气净化等。
其优异的氧化还原性能可以有效地降解有机污染物，净化空气和水质。
2. 能源领域纳米TiO2光催化剂在能源领域的应用主要包括太阳能电池、光催化制氢等。
其可以通过吸收太阳能并产生光生电子和空穴，从而实现光电转换或光催化反应，为能源的可持续利用提供新的途径。
五、结论纳米TiO2光催化剂因其优异的性能和低廉的成本，在环境保护和能源领域具有广泛的应用前景。
纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究纳米TiO2光催化剂的制备、改性及其应用研究摘要：纳米TiO2光催化剂因其优异的光催化性质在环境净化、水处理、能源转换等领域得到广泛应用。
本文以纳米TiO2为研究对象，重点探讨了其制备、改性方法以及在不同领域的应用研究内容和进展。
一、纳米TiO2的制备方法目前常用的纳米TiO2制备方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、气相沉积法等。
其中，溶胶-凝胶法通过溶胶的制备和凝胶的成型过程来得到纳米TiO2颗粒，可以控制颗粒的尺寸和形貌；水热法则是通过在高温高压的水环境下合成纳米TiO2颗粒，可制备出高度结晶的颗粒；气相沉积法则通过在气相中加热激活气体产生纳米TiO2颗粒。
这些方法各有优劣，适用于不同的研究需求。
二、纳米TiO2的改性方法为了提升纳米TiO2的光催化性能和稳定性，研究者在其表面进行改性。
常用的改性方法包括复合杂化技术、离子掺杂、表面修饰等。
复合杂化技术将纳米TiO2与其他材料进行复合，例如薄膜包覆、共混等方式，可以增加纳米TiO2的吸光性能和光生载流子的分离效率；离子掺杂则通过将单质离子或化合物引入纳米TiO2晶格中，改变其能带结构和光吸收性能；表面修饰通过在纳米TiO2颗粒表面修饰有机物或无机物，改变其表面性质和光催化性能。
三、纳米TiO2的应用研究纳米TiO2光催化剂具有优异的光催化性能和广泛的应用前景。
在环境净化方面，纳米TiO2可用于有机污染物的降解和空气净化，通过紫外光的激发产生活性氧自由基，降解有机污染物；在水处理领域，纳米TiO2可用于水的净化和废水处理，能够高效去除重金属离子和有机物，同时使用纳米TiO2光催化剂可以提高水的透明度和亮度；在能源转换方面，纳米TiO2可应用于太阳能电池、光电催化水分解等领域，用于转化光能为电能或储存能。
综上所述，纳米TiO2光催化剂具有制备简单、光催化效率高等优势，通过改性可以进一步提升其性能。
未来，随着对纳米材料研究的深入，纳米TiO2光催化剂将在环境净化、水处理和能源转化等领域发挥更大的作用。
第４０卷湖北师范大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ ４０第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕｂｅｉＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）Ｎｏ ４，２０２０微波辅助溶剂热合成ＴｉＯ２／ＢｉＯＩ纳米纤维及其光催化活性研究黄章律，胡学成，王国宏（湖北师范大学化学化工学院，湖北黄石 ４３５００２）摘要：以钛酸四丁酯（ＴＢＯＴ）和五水合硝酸铋作为前驱体，利用静电纺丝和微波合成技术制备了不同ＴｉＯ２与ＢｉＯＩ质量比（Ｒ）的复合纳米纤维，并通过在可见光下降解罗丹明Ｂ（ＲｈＢ）水溶液评价其光催化活性。
实验结果表明，当Ｒ＝０．２时，ＴＢＦｓ ２０具有最高的光催化活性（ｋ＝５３．３×１０－３ｍｉｎ－１），分别为纯ＴｉＯ２和ＢｉＯＩ的３．９倍和１．９倍。
这可能归因于在ＴｉＯ和ＢｉＯＩ相界面间形成的ｐ－ｎ异质结构，促进了光生电子２－空穴对的有效分离。
捕获实验证实了在光催化降解ＲｈＢ反应中超氧负离子（·Ｏ－）和空穴（ｈ＋）是主要２活性物质，并提出了一个增强光催化活性的ｐ ｎ机理。
关键词：ＴｉＯ２／ＢｉＯＩ；纳米纤维；ｐ ｎ异质结；光催化；ＲｈＢ中图分类号：Ｏ６１４．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９６－３１４９（２０２０）０４－００４４－０９ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－３１４９．２０２０．０４．００７０ 引言随着人类社会的快速发展，迫切需要探索解决环境污染和能源短缺的新办法［１～３］。
半导体光催化技术被认为是一种将光能转化为化学能并降解水中污染物的有效策略，并引起了人们的广泛关注［４］。
尽管科学家们在开发高效光催化剂方面做了大量工作，但是由于单一光催化剂存在着光吸收范围窄、电子－空穴对复合速率快的缺点，限制了其在光催化领域的广泛应用。
为了解决这些问题，通过不同半导体构建异质结是一种潜在的有效策略。
目前已经研究出许多高效的异质结光催化剂，如ｇ Ｃ３Ｎ４／ＴｉＯ２传统Ⅱ型异质结［５］、Ａｇ２Ｏ／ＴｉＯ２ｐ ｎ型异质结［６］、Ｂｉ３ＴａＯ７／ｇ Ｃ３Ｎ４Ｚ型异质结［７］、ＮｉＯ／ＢｉＯＩＳ型异质结［８］。
