二氧化锡 二氧化钛纳米管复合光催化剂的性能及失活再生
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究
TiO2纳米材料的改性及其光催化性能研究TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料，其广泛应用主要归功于其良好的化学稳定性、光催化性能和较低的成本。
然而，TiO2的光催化活性主要集中在紫外光区域，限制了其在可见光范围内的应用。
因此，对于纳米TiO2材料的改性研究变得尤为重要，以提高其可见光催化性能，并扩大其应用范围。
研究表明，改性TiO2纳米材料可以通过掺杂、表面修饰以及复合等方法来实现。
其中，掺杂是最常用的改性策略之一。
通过引入铁、氮、碳等元素来改变TiO2的能带结构，可以使其光催化活性发生显著改善。
铁掺杂的TiO2在可见光催化领域具有良好的应用前景。
研究发现，铁掺杂的TiO2具有更窄的能带间隙，能够吸收更多的可见光，并产生更多的电子-空穴对，从而提高催化活性。
同时，还有研究表明，通过调节铁掺杂浓度和制备条件，可以进一步提高光催化性能。
表面修饰也是改性TiO2纳米材料的重要策略之一。
常见的表面修饰方法包括溶液热处理、沉积溶胶、负载其他半导体等。
例如，通过溶液热处理可以在TiO2表面形成一层导电聚合物薄膜，改善其可见光催化性能。
通过沉积溶胶可以在TiO2表面引入二氧化铕、氧化亚铜等光敏剂，增强其可见光催化活性。
此外，将其他半导体负载在TiO2纳米材料上，可以通过协同作用来提高光催化性能，例如Pt-TiO2和Ag-TiO2等复合材料。
此外，纳米TiO2的复合改性也是提高其光催化性能的重要手段之一。
常见的复合改性方法包括纳米TiO2与碳材料的复合、纳米TiO2与其他半导体的复合等。
例如，将纳米TiO2与石墨烯、碳纳米管等碳材料复合，可以通过增加可见光吸收和电子传输来提高光催化性能。
此外，将纳米TiO2与ZnO、CdS等其他半导体复合，也可以通过异质结构的形成来提高光催化活性。
综上所述，纳米TiO2材料的改性研究对于提高其光催化性能以及拓宽应用领域具有重要意义。
掺杂、表面修饰和复合是常用的改性策略，通过这些方法可以有效地调控纳米TiO2的能带结构、光吸收性能和电子传输性能。
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着科技的不断进步和人类对环保问题的日益关注，光催化技术作为新兴的绿色技术领域受到了广泛的关注。
纳米TiO2复合材料作为一种高效的光催化剂，具有广泛的应用前景。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为实际应用提供理论依据。
二、文献综述纳米TiO2复合材料因其独特的物理和化学性质，在光催化领域具有广泛的应用。
其制备方法、性能及应用已成为研究热点。
目前，制备纳米TiO2复合材料的方法主要包括溶胶-凝胶法、水热法、微乳液法等。
其中，溶胶-凝胶法因其操作简便、制备条件温和等优点备受关注。
而光催化性能的研究主要关注其对有机污染物的降解、抗菌性能及自清洁等方面的应用。
三、实验方法（一）实验材料实验中所需材料主要包括TiO2纳米粉体、表面活性剂、溶剂等。
所有材料均需符合实验要求，保证实验结果的准确性。
（二）制备方法本文采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2复合材料。
具体步骤包括：将TiO2纳米粉体与表面活性剂混合，加入溶剂进行搅拌，形成溶胶；然后进行凝胶化处理，得到凝胶；最后进行热处理，得到纳米TiO2复合材料。
（三）性能测试本实验通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
同时，通过光催化实验测试其光催化性能，以降解有机污染物为评价指标。
四、实验结果与分析（一）表征结果通过XRD、SEM和TEM等手段对制备的纳米TiO2复合材料进行表征。
结果表明，制备的纳米TiO2复合材料具有较高的结晶度和良好的分散性。
（二）光催化性能测试结果以降解有机污染物为评价指标，对制备的纳米TiO2复合材料进行光催化性能测试。
结果表明，该材料具有优异的光催化性能，能够有效降解有机污染物。
此外，我们还研究了不同制备条件对光催化性能的影响，为优化制备工艺提供依据。
五、讨论本实验研究了纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能。
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。
二氧化钛纳米管在光催化的介绍和特点中的应用
二氧化钛纳米管在光催化的介绍和特点中的应用二氧化钛纳米管在光催化的应用，哎呀，这可真是一个有趣的主题！二氧化钛，咱们就叫它TiO2吧，大家都比较熟悉。
这东西在我们生活中其实很常见，比如说白色颜料、太阳能电池等。
而这些纳米管，可谓是小小的奇迹，表面上看起来不起眼，实际上却有着不一般的能力。
想象一下，微小的TiO2纳米管在阳光照射下，活像一位超级英雄，瞬间变得强大无比，开始处理那些污染物，真是让人感到惊叹。
光催化，听起来好像高大上，其实就是利用光的能量来推动化学反应。
TiO2在这个过程中可是个主力军，阳光一来，它就开始发挥自己的光辉作用。
这个过程就像是一场精彩的表演，TiO2把太阳光变成了能量，随后开始分解空气中的有害物质，嘿，真是环保小能手！想象一下，如果我们的城市都用上这种材料，空气质量可得多好多啊，简直就是让人忍不住想要为它打call！TiO2纳米管的特点也很吸引人，首先是它的表面积大，能和更多的污染物接触。
就像一个大网，能捕捉到那些小小的坏分子。
这玩意儿不仅稳定，耐高温，甚至可以在酸碱环境中保持自己的“酷”。
不管是雨打风吹，它都能安然无恙，继续工作，这点真是让人佩服得五体投地。
更有趣的是，TiO2的光催化过程是自发的，换句话说，太阳一照，它就自动工作，不需要我们再去添油加醋。
这种省心省力的特性，真是让人觉得，哎，这科技真是给力。
想想我们在家里用的那些清洁剂、消毒剂，很多时候都是化学反应的结果。
而TiO2的光催化，简直就像是给环境“洗澡”，不仅干净，还不怕伤害生态，真的是环保的小帮手。
TiO2纳米管的应用可不止于此。
在水处理方面，它也大显身手。
比如说，利用它来处理污水，污染物一碰到TiO2，咻的一声，就被分解得干干净净。
水清了，鱼也快乐了，整个生态系统都得到了保护。
想象一下，能喝到这么干净的水，生活的质量一下子就上去了，真是美滋滋。
说到这里，大家可能会问，TiO2有没有什么缺点呢？当然也有，毕竟没有完美的东西。
工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用
工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用一、引言工业废水的排放对环境产生了严重的污染，给人类和生态系统带来了巨大的威胁。
因此，工业废水的处理成为了一个迫切需要解决的问题。
其中，纳米光催化技术因其高效、环保、可控等特点，逐渐成为了工业废水处理的研究热点，尤其是纳米二氧化钛（TiO2）光催化技术。
二、纳米TiO2的特性纳米TiO2是一种具有高表面积和优良光催化性能的纳米材料。
纳米颗粒的小尺寸使得其具有更大的表面积，从而增加了有效反应位点的数量，提高了催化效率。
此外，纳米TiO2还具有稳定性高、光催化效果可调控等优点，使其成为理想的工业废水处理材料。
三、纳米TiO2光催化技术原理纳米TiO2光催化技术主要通过纳米TiO2对光的吸收，并产生活性氧（如羟基自由基）来加速废水中有机物降解。
在光照下，纳米TiO2表面产生的活性氧与废水中的有机物发生氧化反应，将有机物降解为无害物质，从而达到净化废水的目的。
此外，纳米TiO2光催化技术还可以通过短波紫外线激发下的电子-空穴对来完成废水中污染物的降解。
四、纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用1. 有机物降解纳米TiO2光催化技术能够高效降解废水中的有机物污染物，如苯酚、染料、农药等。
通过调控TiO2的粒径和晶相，优化光催化条件，可以提高降解效率。
2. 重金属去除工业废水中的重金属污染物对水环境和生态系统具有严重的危害。
纳米TiO2光催化技术可以通过光催化、吸附和还原等多种机制同时去除废水中的重金属离子，如铅、镉、铬等。
3. 破坏微生物工业废水中常存在有害微生物，如细菌、病毒等。
纳米TiO2光催化技术可以利用其对有害微生物的强氧化作用，破坏其细胞结构，从而达到杀灭微生物的目的。
五、纳米TiO2光催化技术的优势与挑战1. 优势（1）高效性：纳米TiO2具有高度的催化活性和选择性，能够实现高效降解废水中的有机物和重金属污染物。
纳米二氧化钛(TiO2)光触媒杀菌净化技术介绍
納米二氧化钛光催化技术介绍纳米光催化采用二氧化钛(TiO2)半导体の效应，激活材料表面吸附氧和水分，产生活性氢氧自由基（OH.）和超氧阴离子自由基（O2-），从而转化为一种具有安全化学能の活性物质，起到矿化降解环境污染物和抑菌杀菌の作用。
纳米二氧化钛(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解细菌和污染物，具有高催化活性、良好の化学稳定性、无二次污染、无刺激性、安全无毒等特点，且能长期有益于生态自然环境，是最具有开发前景の绿色环保催化剂之一。
无毒害の纳米TiO2催化材料，充分发挥抗菌、降解有机污染物、除臭、自净化の功能，这类环保型功能材料实施方便、应用性强，能实用到生活空间の多种场合，发挥其多功能效应，成为我们生活环境中起长期净化作用の环保材料。
光催化原理- 什么是光催化光催化[Photocatalyst]是光[Photo=Light] +催化剂[catalyst]の合成词。
主要成分是二氧化钛（TiO2），二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品，医药，化妆品等各种领域。
光催化在光の照射下会产生类似光合作用の光催化反应(氧化－还原反应,产生出氧化能力极强の自由氢氧基和活性氧，这些产物可杀灭细菌和分解有机污染物。
并且把有机污染物分解成无污染の水(H2O)和二氧化碳(CO2),同时它具有杀菌、除臭、防污、亲水、防紫外线等功能。
光催化在微弱の光线下也能做反应，若在紫外线の照射下，光催化の活性会加强。
近来, 光催化被誉为未来产业之一の纳米技术产品。
- 光催化反应原理TiO2当吸收光能量之后，价带中の电子就会被激发到导带，形成带负电の高活性电子e-,同时在价带上产生带正电の空穴h+。
在电场の作用下，电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面の不同位置。
热力学理论表明，分布在表面のh+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O分子氧化成(OH.)自由基,而OH.自由基の氧化能力是水体中存在の氧化剂中最强の，能氧化并分解各种有机污染物（甲醛、苯、TVOC等）和细菌及部分无机污染物（氨、NOX等），并将最终降解为CO2、H2O等无害物质。
纳米tio2光催化改性研究
纳米tio2光催化改性研究随着社会不断发展，环境污染已成为当今社会最严重的问题，其中尤其是污染物中组成有害有毒物质，对人类健康和环境造成了巨大的威胁。
随着人们对污染控制的不断加强，越来越多的技术也被开发出来控制和改善环境污染，光催化材料是其中一种。
尤其是近年来随着纳米材料的不断发展， TiO2作为一种强有力的光催化剂，通过其可活性的反应表面，具有良好的催化光催化效率，从而得到了广泛的应用，其中包括控制大气污染物，如二氧化硫、氮氧化物和VOC等。
TiO2的光催化性质TiO2是一种无机酸化物，具有优良的光催化性能和稳定性。
它可以在可见光、紫外光、近红外和极紫外光谱范围内，具有很高的固定性和稳定性，能够有效抑制污染物对环境的危害。
此外，TiO2还具有结构稳定性、耐腐蚀性强、耐高温、耐化学腐蚀性强、耐磨性好等特点。
此外，TiO2还具有很强的光稳定性，其光敏性可以调节和控制，满足不同的应用要求，例如，在可见光和紫外线辐射下，TiO2可以有效催化氧化反应，使污染物变得更加清洁和环保。
TiO2光催化改性研究随着TiO2光催化剂在污染控制领域的广泛应用，如何提高其光催化能力，提高污染物的去除率，促进污染物的氧化反应，减少有毒有害物质，并且降低光催化材料的性能和成本，已成为国际上激烈研究的热点。
为了满足上述目标，TiO2的结构、表面性质和光学性质都需要得到改变。
近来，研究表明，通过对TiO2表面进行改性可以大大提高TiO2的光催化性能。
首先，表面修饰可以有效提高 TiO2活性表面积，促进光催化剂的光反应，从而提高反应效率。
其次，表面改性可以改变TiO2的光学性质，增加其吸收Range，使其能够在可见光谱下催化反应，从而更有效地降低污染物。
此外，研究表明，TiO2的纳米态尺寸也可以非常有效地增加其光催化能力，并且使其具有更好的可操作性。
结论TiO2是一种独特的无机材料，具有优秀的光催化性能，它可以有效抑制污染物对环境的危害。
纳米TiO2光催化性能lx
纳米二氧化钛光催化性能的研究内容摘要纳米二氧化钛（TiO2）作为一种光催化剂，是一种性能优良的N型半导体材料，在发生反应时表现出较好的光稳定性和较高的反应活性，并且无二次污染，是当前应用前景最为广阔的一种纳米功能材料。
本文首先介绍了纳米TiO2的性质及光催化机理，讨论了各种因素对纳米TiO2光催化性能的影响，如晶格缺陷、温度、pH、光照条件以及TiO2的量等。
介绍了液相沉淀法，溶胶-凝胶法，微乳液法三种常用的制备纳米二氧化钛的方法及其光催化性能。
另外，还介绍了关于纳米二氧化钛的改性方面的成就和几种常见的表征手段。
最后简要介绍了光催化技术在环境保护、卫生保健,特别是在光催化功能型材料等方面的贡献,并对其今后的研究进展和应用前景进行了总结和展望。
【关键词】纳米TiO2光催化性能Study On Photocatalytic Property Of Nano-TiO2AbstractNano-titanium dioxide (TiO2) as a kind of photocatalysts, is a kind of n-type of semiconductor materials, with good light stability and high reactivity and has no secondary pollution, is the current potential applications of the most extensive functional nanomaterials.This article describes the nature and nano-TiO2 photocatalytic mechanism to discuss the various factors on TiO2 photocatalytic effects, such as the performance of lattice defects, temperature, pH, illumination conditions and the dosage of TiO2, etc.Describes performance liquid precipitation, sol-gel, MicroEmulsion preparation of three kinds of titanium dioxide nanoparticles method, and photocatalytic properties.Also, presents of titanium dioxide nanoparticles modifing the achievement and characterization of a few familiar.Finally the photocatalytic technology in environmental protection, health care, especially in the photocatalytic functional materials in the areas of contribution, and on its future progress and application of the summarized and prospects.【Key Words】Nano-TiO2photocatalysis property目录前言 (1)一、纳米二氧化钛的性质 (1)（一）表面界面效应 (1)（二）小尺寸效应 (1)（三）量子尺寸效应 (1)（四）宏观量子隧道效应 (2)二、二氧化钛光催化原理 (2)（一）二氧化钛粒子的能带结构 (2)（二）光催化作用机理 (2)（三）影响T i O2光催化活性的因素 (3)三、二氧化钛光催化剂的制备方法 (7)（一）液相沉淀法 (7)（二）溶胶-凝胶法 (8)（三）微乳液法 (9)四、二氧化钛的改性 (9)（一）贵金属沉积 (9)（二）复合半导体 (10)（三）表面光敏化 (10)五、二氧化钛光催化的表征方法 (11)（一）热重法 (11)（二）X射线衍射法 (12)（三）比表面积测定 (13)（四）紫外-可见吸收/漫反射光谱 (13)（五）红外光谱 (14)六、二氧化钛光催化技术的应用 (14)（一）污水处理 (14)（二）表面自洁 (14)（三）杀菌 (15)七、现存问题及前景展望 (15)致谢 (15)参考文献 (16)纳米二氧化钛光催化性能的研究前言光催化氧化技术是一门基于TiO2半导体的科学，现已被列入最有前景的环保高新技术当中。
光催化材料的研究概况
关键因素
光催化材料本身的光生载流子激 发、分离、输运行为
制约光催化反应发生的多 相界面作用行为
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高效新型光催化材料？
原因：现有的许多光催化材料的光响应范围窄，量子 转换效率低（催化剂活性），太阳能利用率低。
具 备 条 件
附：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可见
异质结
复合半导体
固溶体
异质结利用内建电场使得载 流子传输具有定向性，
因而有效地分离电子一空穴， 降低复合。利用窄带隙半
导体与宽带隙半导体形成异 质结可以有效地拓宽光响应 范围
利用两种半导体形成固溶体， 其性质随各个组元在固溶体 中所占百分比而变化，可以 实现对半导体带隙的连续可 调，因而固溶体半导体光催 化材料近年来得到了广泛发 展
吸附在纳米颗粒表面的溶解氧俘获电子形 成超氧负离子,而空穴将吸附在催化剂表面 的氢氧根离子和水氧化成氢氧自由基。而 超氧负离子和氢氧自由基具有很强的氧化 性,能将绝大多数的有机物氧化至最终产物 CO2和H2O,甚至对一些无机物也能彻底分解。
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影响光催化反应的关键因素
发现：无论是光催化分解水还是 光催化环境净化，二者均需要半 导体具有合适的导价带位置以保 证光激发的电子一空穴具有匹配 的还原一氧化能力发生光催化反 应
光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先决 条件。常规 TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得以红 移，但效果还不够理想。 因此，开发可见光响应的高效光催化材料是该领 域的研究热点。
整理PPT课件
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光催化材料的开发现状与研究方法
目前国内外光催材料的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰,尽管这些工作卓有成效， 但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。光催化研究的关键问题之一是发展能够 在太阳光下高效工作的稳定、低成本半导体光催化材料。 为了与传统的TiO2 ，SrTiO3等仅具有紫外光响应的光催化材料相区别，人们称具 有可见光响应的光催化材料为新型光催化材料。
二氧化锡纳米材料
二氧化锡纳米材料
二氧化锡纳米材料是一种重要的纳米材料，具有广泛的应用前景。
以下是关于二氧化锡纳米材料的详细信息：
制备方法：二氧化锡纳米材料的制备方法多种多样，常见的有溶胶-凝胶法、气相法、水热法等。
其中，溶胶-凝胶法是一种常用且较为简单的方法，该方法通过溶胶状态的锡化合物制备出凝胶，并经过热处理得到二氧化锡纳米材料。
性质特点：二氧化锡纳米材料具有优异的电学、光学和催化性能。
这些性能使得二氧化锡纳米材料在传感器、光电器件、催化剂和能源材料等领域具有广泛的应用潜力。
应用领域：二氧化锡纳米材料在催化有机物的氧化、还原和酯化等反应中具有重要的催化应用前景。
此外，它还可用于制备传统燃料电池和新型能源储存材料，为能源领域的研究和发展提供支持。
在电子新材料方面，二氧化锡纳米材料也展现出良好的应用前景，例如用于制备二氧化锡/纳米二氧化锡复合材料等。
总之，二氧化锡纳米材料是一种具有广泛应用前景的新型材料，其制备方法多样，性能优异，应用领域广泛。
随着纳米技术的不断发展和应用的深入研究，二氧化锡纳米材料的性能和应用将进一步拓展。
浅谈二氧化锡纳米材料的光电性能探讨
二氧化锡纳米材料的光电性能探讨随着纳米技术的发展，纳米材料的研究与应用也越来越广泛。
二氧化锡纳米材料作为一种重要的半导体材料，在光电子学领域中展现出了越来越多的应用前景。
本文将从以下几个方面浅谈关于二氧化锡纳米材料的光电性能探讨。
一、二氧化锡纳米材料的制备方法目前，制备二氧化锡纳米材料的方法有很多种，包括气相法、溶胶-凝胶法、水热法、微波辅助法等。
这些方法的优缺点不同，能制备出的二氧化锡纳米材料也各有特点。
例如，溶胶-凝胶法能制备出颗粒尺寸较小、分散均匀的二氧化锡纳米材料，而水热法则可以控制材料的形貌和结构。
二、二氧化锡纳米材料的光电性能1. 光学性能二氧化锡纳米材料具有较高的吸光度和储能能力，适合用于制备太阳能电池和光催化剂。
通过控制二氧化锡纳米材料的形貌和尺寸，能够调控其光学性能，如通过控制二氧化锡颗粒的大小，可以实现宽频谱响应。
2. 电学性能二氧化锡纳米材料在电学特性方面也具有广泛的应用前景。
二氧化锡纳米材料的载流子迁移率较高，可以用于制备场效应晶体管（FET）和柔性电子元件。
此外，还可以将其用于热释电器件等领域。
三、二氧化锡纳米材料的应用1. 太阳能电池二氧化锡纳米材料具有良好的光伏特性，适合用于制备染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池。
研究表明，二氧化锡纳米材料能够有效提高太阳能电池的光电转换效率。
2. 光催化剂二氧化锡纳米材料的光催化活性较高，可以用于环境净化和有机合成等领域。
例如，二氧化锡纳米材料可以用于水处理、空气净化、废气治理等方面。
3. 柔性电子元件与传统的硅基电子元件相比，二氧化锡纳米材料具有更好的柔性和可塑性，适合用于制备柔性电子器件。
一个典型的应用是含有二氧化锡纳米纤维的超级电容器，可以实现高能量储存和高功率输出。
结论二氧化锡纳米材料作为一种重要的半导体材料，具有良好的光学和电学性能。
该材料可以用于制备太阳能电池、光催化剂、柔性电子元件等多个领域，在实际应用中表现出重要的应用价值。
二氧化钛光催化技术介绍
纳米二氧化缺光催化技荷介^纳米光催化探用二氧化金太(TiO2)半^髓的效鹿启攵勤材料表面吸附氧和水分，走生活性氢氧自由基(OH.)和超氧陪雕子自由基(02-), ^而^化舄一希重具有安全化孥能的活性物筲起到碳化降解璞境污染物和抑菌杀殳菌的作用。
纳米二氧化金太(TiO2)光催化利用自然光即可催化分解^菌和污染物，具有高催化活性、良好的化孥穗定性、照二次污染、照刺激性、安全照毒等特黑占，且能畏期有益於生熊自然璞境，是最具有^畿前景的^色璞保催化蒯之一。
然毒害的纳米TiO2催化材料，充分畿撞抗菌、降解有^污染物、除臭、自浮化的功能，是^璞保型功能材料^施方便、雁用性弓鱼，能^ 用到生活空^的多重埸合，畿撞其多功能效废，成舄我仍生活璞境中起畏期浮化作用的璞保材料。
光催化原理-什麽是光催化光催化［Photocatalyst ］是光［Photo二Light］ +催化蒯［catalyst］的合成羞司。
主要成分是二氧化金太（Ti02）,二氧化金太本身照毒照害，已腐泛用於食品，髻桑，化片攵品等各希重令臭域。
光催化在光的照射下畲走生^似光合作用的光催化反雁（氧化-遢原反雁，走生出氧化能力桎弓鱼的自由氢氧基和活性氧，是些走物可^M^菌和分解有檄污染物。
亚且把有檄污染物分解成照污染的水（H20）和二氧化碳（C02）,同畤它具有杀殳菌、除臭、防汗、^水、防紫外^泉等功能。
光催化在微弱的光%泉下也能做反底若在紫外#泉的照射下光催化的活性畲加逾近来，光催化被餐舄未来走棠之一的纳米技彳桁走品。
-光催化反雁原理TiO2富吸收光能量之彳爰，僵带中的雷子就畲被激畿到^带，形成带^雷的高活性雷子e-,同畤在僵带上走生带正雷的空穴h+。
在雷埸的作用下，雷子典空穴畿生分雕，暹移到粒子表面的不同位置。
熟力孥理言禽表明，分怖在表面的h+可以将吸附在TiO2表面OH-和H2O 分子氧化成（OH.）自由基,而OH.自由基的氧化能力是水髓中存在的氧化蒯中最弓鱼的，能氧化亚分解各重有^污染物（甲醛、苯、TVOC等）和^菌及部分照檄污染物（氨、NOX 等），亚将最^降解舄CO2、H2O 等照害物鼻由於OH自由基封反废物^乎MB®性，因而在光催化中起著〉夬定性的作用。
纳米TiO2光催化材料及其应用
在光电转换效率提高方面的应用实例
太阳能电池：纳米 TiO2光催化材料 可以提高太阳能电 池的光电转换效率
光电探测器：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光电探测 器的灵敏度和响应 速度
光催化反应：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化反 应的效率和选择性
光催化降解：纳米 TiO2光催化材料 可以提高光催化降 解污染物的效率和 选择性
纳米TiO2光催化材 料及其应用
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汇报人：
目录 /目录
01
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04
纳米TiO2光催 化材料的应用 领域
02
纳米TiO2光催 化材料的特性
05
纳米TiO2光催 化材料的应用 实例
03
纳米TiO2光催 化材料的制备 方法
06
纳米TiO2光催 化材料的发展 前景与挑战
01 添加章节标题
理效率
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于家庭净水 器提高家庭用
水质量
纳米TiO2光催 化材料可以应 用于农业灌溉 提高灌溉水质 促进农作物生
长
在空气净化方面的应用实例
纳米TiO2光催化材料可以分解空气中的有害气体如甲醛、苯等 纳米TiO2光催化材料可以杀灭空气中的细菌和病毒提高室内空气质量 纳米TiO2光催化材料可以降解空气中的PM2.5等颗粒物降低空气污染程度 纳米TiO2光催化材料可以消除空气中的异味如烟味、宠物异味等
04
纳米TiO2光催化材料 的应用领域
水处理
光催化降解水中的有机物和 微生物
光催化氧化水中的污染物和 重金属
光催化净化水中的异味和颜 色
纳米TiO2光催化材料在水处 理中的应用
光催化处理废水和污水实现 水资源的循环利用
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》范文
《纳米TiO2复合材料制备及其光催化性能研究》篇一一、引言随着环境污染和能源短缺问题的日益严重，光催化技术因其独特的优势和潜力，已成为当前科研领域的热点之一。
纳米TiO2作为一种重要的光催化材料，因其良好的化学稳定性、无毒性、高催化活性等优点，在光催化领域得到了广泛的应用。
然而，纯TiO2的光催化性能仍存在一些局限性，如光生电子-空穴的复合率高、对太阳光的利用率低等。
为了解决这些问题，研究者们开始探索将TiO2与其他材料进行复合，以提高其光催化性能。
本文旨在研究纳米TiO2复合材料的制备方法及其光催化性能，为光催化技术的发展提供理论依据和实验支持。
二、纳米TiO2复合材料的制备（一）制备方法本文采用溶胶-凝胶法与化学共沉淀法相结合的方法制备纳米TiO2复合材料。
首先，通过溶胶-凝胶法制备出TiO2前驱体；然后，在TiO2前驱体中加入其他复合材料的前驱体，通过化学共沉淀法实现复合。
（二）制备过程1. 准备原料：选用高纯度的钛醇盐、硝酸盐等作为钛源，以及其他复合材料的前驱体。
2. 溶胶-凝胶过程：将钛源溶解在有机溶剂中，经过水解、缩聚等反应形成溶胶，再经过干燥、烧结等步骤形成TiO2前驱体。
3. 化学共沉淀过程：将其他复合材料的前驱体溶解在TiO2前驱体的溶液中，通过加入沉淀剂，使各组分共同沉淀，形成纳米TiO2复合材料。
4. 洗涤与干燥：将得到的复合材料进行洗涤，去除杂质，然后在适宜的温度下进行干燥。
5. 热处理：对干燥后的复合材料进行热处理，以增强其结晶度和光催化性能。
三、光催化性能研究（一）实验设备与实验条件实验设备主要包括紫外-可见分光光度计、光化学反应仪等。
实验条件为室温、不同光源（如模拟太阳光、紫外光等）。
（二）实验方法与步骤1. 制备不同配比的纳米TiO2复合材料，并进行表征分析，如XRD、SEM、TEM等。
2. 将制备的纳米TiO2复合材料应用于光催化反应中，如降解有机污染物、光解水制氢等。
纳米二氧化钛光催化材料
1.1
ZnO
3.2
TiO2（Rutile)
3.0
TiO2(Anatase)
3.2
WO3
2.7
CdS
2.4
ZnS
3.7
SnO2
3.8
SiC
3.0
半导体价带的光激发
空气和溶液中通常是氧
固体中的光激发和脱激过程
光生电子—空穴对的氧化还原机理
TiO2光催化主要反应步骤
01
04
02
05
07
08
添加标题
hv
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复合
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H+VB
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价带空穴诱发氧化反应
添加标题
导带电子诱发还原反应
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捕获导带电子生成Ti3+
03
06
09
添加标题
CB
敏化剂激发后电子转移
电子转移给受体
催化剂再生
表面还原处理
对于TiO2光催化反应，电子向分子氧的转移是光催化氧化反应的速度限制步骤，故表面Ti3+数量越多，越有利于电子向分子氧的转移。
另一方面，在TiO2表面，Ti3+通过吸附分子氧，也形成了捕获光生电子的部位
一方面，随着TiO2表面Ti3+位的增多，TiO2的费米能级升高，界面势垒增大，减少了电子在表面的积累及与空穴的进一步复合
半导体禁带明显变宽，电子—空穴对的氧化能力增强 半导体电荷迁移速率增加，电子与空穴的复合几率降低 活性增大
催化剂颗粒直径的影响
当粒径在1~10nm级时会产生量子效应
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温度的影响
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《2024年工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》范文
《工业废水处理中纳米TiO2光催化技术的应用》篇一一、引言随着工业化的快速发展，工业废水排放量日益增加，其中含有大量的有毒、有害物质，对环境和人类健康造成了严重威胁。
传统的废水处理方法往往存在处理效率低、成本高、易产生二次污染等问题。
因此，寻找一种高效、环保、经济的废水处理方法显得尤为重要。
近年来，纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中得到了广泛的应用，其具有独特的优势和广阔的应用前景。
二、纳米TiO2光催化技术概述纳米TiO2光催化技术是一种利用纳米级二氧化钛（TiO2）在光照条件下催化降解有机污染物的技术。
纳米TiO2具有较高的光催化活性、无毒、化学稳定性好、成本低等优点，能够有效地降解废水中的有机污染物，将其转化为无害物质。
此外，纳米TiO2光催化技术还具有反应条件温和、能耗低、无二次污染等优点，使其在工业废水处理中具有广泛的应用前景。
三、纳米TiO2光催化技术在工业废水处理中的应用1. 染料废水处理染料废水中含有大量的有机染料和重金属离子，对环境造成严重污染。
纳米TiO2光催化技术能够有效地降解染料废水中的有机染料，将其转化为无害物质。
同时，纳米TiO2还能吸附和去除废水中的重金属离子，降低废水的毒性。
2. 制药废水处理制药废水中含有大量的有机物、无机盐和微生物等污染物，对环境和人类健康造成严重威胁。
纳米TiO2光催化技术能够有效地降解制药废水中的有机物，将其转化为无害物质。
同时，还能抑制微生物的生长和繁殖，降低废水的生物毒性。
3. 石油化工废水处理石油化工废水中含有大量的烃类、苯系物等有机污染物，对环境和人类健康造成危害。
纳米TiO2光催化技术能够有效地降解石油化工废水中的有机污染物，降低废水的COD（化学需氧量）和BOD（生物需氧量）等指标，达到排放标准。
四、纳米TiO2光催化技术的优势与挑战优势：（1）高效性：纳米TiO2光催化技术具有较高的降解效率和反应速度，能够快速地降解有机污染物。
光催化材料的研究概况
光催化材料的开发现状与研究方法
目前国内外光催材料的研究多数停留在二氧化钛及相关修饰,尽管这些工作卓有成效， 但是在规模化利用太阳能方面还远远不够。光催化研究的关键问题之一是发展能够 在太阳光下高效工作的稳定、低成本半导体光催化材料。 为了与传统的TiO2 ，SrTiO3等仅具有紫外光响应的光催化材料相区别，人们称具 有可见光响应的光催化材料为新型光催化材料。
举个例子
异质结利用内建电场使得载流子传输具有定向性， 以物理或者化学吸附方式与半导体氧化物相互作用，建立电性耦合有效地进行电荷转移，形成有机一半导体复合型光催化材料。 目前，新型光催材料设计方法主要以量子化学计算方法为主。 导体与宽带隙半导体形成异质结可以有效地拓宽光响应 由于pn结内存在内建电场(从n区指向P区)，结两边的少数载流子向相反方向运动：P区电子穿过pn结进入n区，n区空穴穿过Pn结进入P 区，这样就实现了光致电荷的分离，提高光催化材料的催化活性 提高光催化材料性能的途径 实验证明1% 纳米二氧化钛浓度,自然光照射下作用24h对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌黑色变种芽孢的抗菌率分别为97. 实验证明1% 纳米二氧化钛浓度,自然光照射下作用24h对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草杆菌黑色变种芽孢的抗菌率分别为97. 导体与宽带隙半导体形成异质结可以有效地拓宽光响应 影响光催化反应的关键因素
具 备 条 件
附：低于420nm左右的紫外光能量大概只占太阳光能的4%，如何利用可 见光乃至红外光能量，是决定光催化材料能否在得以大规模实际应用的先 决条件。常规 TiO2 只能在紫外光响应，虽然通过搀杂改性，其吸收边得 以红移，但效果还不够理想。 因此，开发可见光响应的高效光催化材料是 该领域的研究热点。
当然还有……
光催化材料的基本原理
Tio2的光催化性能研究
TiO2的光催化性能研究摘要：主要介绍二氧化钛的光催化原理，基本途径，以及光催化剂的结构特性和影响因素，还讲述了关于二氧化钛的光催化应用。
关键字：二氧化钛光催化光催化剂二氧化钛，化学式为TiO，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外2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；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。
1 TiO的基本性质21.1结晶特征及物理常数物性：金红石型锐钛型结晶系：四方晶系四方晶系相对密度：3.9~4.2 3.8~4.1折射率： 2.76 2.55莫氏硬度： 6-7 5.5-6电容率： 114 31熔点： 1858 高温时转变为金红石型晶格常数：A轴0.458,c轴0.795 A轴0.378,c轴0.949线膨胀系数：25℃/℃a轴：7.19X10-6 2.88？10-6c轴： 9.94X10-6 6.44？10-6热导率： 1.809？10-3吸油度： 16～48 18～30着色强度： 1650~1900 1200~1300颗粒大小： 0.2~0.3 0.3功函数：5.58eV2TiO2的光催化作用2.1光催化作用原理二氧化钛是一种N型半导体材料，锐钛矿相TiO2的禁带宽度Eg =3.2eV，由半导体的光吸收阈值λg与禁带宽度E g的关系式：λg (nm)=1240/Eg(eV)可知：当波长为387nm的入射光照射到TiO2上时，价带中的电子就会发生跃迁，形成电子-空穴对，光生电子具有较强的还原性，光生空穴具有较强的氧化性。
在半导体悬浮水溶液中，半导体材料的费米能级会倾斜而在界面上形成一个空间电荷层即肖特基势垒，在这一势垒电场作用下，光生电子与空穴分离并迁移到粒子表面的不同位置，还原和氧化吸附在表面上的物质。
纳米tio2光催化改性研究
纳米tio2光催化改性研究随着能源供需矛盾的日益凸显，绿色环保技术的必要性也变得越来越突出，而纳米TiO2光催化技术是一种具有重要意义的新型绿色技术。
近年来，纳米TiO2光催化技术一直受到了科学家和工程师们的热烈追捧，因为它能有效地用于净化水、治理空气污染、处理有机废水等，作为一种新型有效、安全、环境友好的能源技术，纳米TiO2光催化技术可以实现可持续发展的技术指标。
由于纳米TiO2的单质结构具有特殊的物理和化学特性，因此它是一种抗腐蚀、耐高温、耐磨性极强的材料，也是纳米TiO2光催化技术开发的基础。
纳米TiO2光催化技术利用纳米TiO2作为催化剂，使其在紫外光下发生化学反应，从而使有毒有害物质分解，是解决环境污染问题的一种有效技术。
研究表明：纳米TiO2光催化技术具有良好的抗腐蚀和抗磨损性，使用寿命长，具有很好的高温稳定性，特别是在纳米TiO2光催化技术中，其具有良好的可循环性，可以多次使用，具有显著的有效性，因此，纳米TiO2的应用也就变得越来越多。
研究发现，纳米TiO2光催化技术能有效地分解有毒有害物质，如氮氧化物、二氧化硫、氯乙烯等，而且其抗腐蚀性和高温稳定性也很好，因此纳米TiO2光催化技术发展前景十分光明。
在近些年中，很多研究机构开展了大量研究，为纳米TiO2光催化技术的发展做出了重要贡献。
比如研究发现：纳米TiO2在改性表面增加金属离子后，光催化活性得到了显著提高，从而改善纳米TiO2活性。
此外，纳米TiO2光催化技术的应用仍在加深探索，比如在水污染控制、空气污染控制等领域，纳米TiO2光催化技术是一种更加有效、安全、环保的工艺处理方法。
综上所述，随着社会发展水平的不断提高，纳米TiO2光催化技术也会越来越受到重视，它将成为解决环境污染问题的重要技术手段。
但是目前纳米TiO2光催化技术仍处于研究阶段，相关研究也仍在不断探索，今后的研究将有助于进一步发挥纳米TiO2光催化技术的潜力，协助解决环境污染问题，实现可持续发展的目标。
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[Article]物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin.2014,30(7),1318-1324JulyReceived:January 26,2014;Revised:April 21,2014;Published on Web:April 22,2014.∗Corresponding author.Email:weirong@;Tel:+86-571-88982032.The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51178412,51278456)and National Key Technologies R&D Program of China (2013BAC16B01).国家自然科学基金(51178412,51278456)及国家科技支撑计划项目(2013BAC16B01)资助©Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinicadoi:10.3866/PKU.WHXB201404222SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生赵伟荣*施巧梦刘莹(浙江大学环境工程系,杭州310058)摘要:基于微波水热法和微乳液法合成SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂.通过X 射线衍射(XRD)、配有能量色散X 射线光谱仪(EDX)的透射电镜(TEM)和电化学手段对光催化剂进行表征.以甲苯为模型污染物,考察光催化剂在紫外光(UV)和真空远紫外光(VUV)下的性能及失活再生.结果表明,SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂形成三元异质结(锐钛矿相TiO 2(A-TiO 2)/金红石相TiO 2(R-TiO 2)、A-TiO 2/SnO 2和R-TiO 2/SnO 2异质结),促使光生电子-空穴对的有效分离,提高光催化活性.SnO 2/TiO 2表现出最佳的光催化性能,UV 和VUV 条件下的甲苯降解率均达100%,CO 2生成速率(k 2)均为P25的3倍左右.但由于UV 光照矿化能力不足,中间产物易在催化剂表面累积.随着UV 光照时间的增加,SnO 2/TiO 2逐渐失活,20h 后k 2由138.5mg ∙m -3∙h -1下降到76.1mg ∙m -3∙h -1.利用VUV 再生失活的SnO 2/TiO 2,过程中产生的∙OH 、O 2-∙、O(1D )、O(3P )、O 3等活性物质可氧化吸附于催化剂活性位的难降解中间产物,使催化剂得以再生,12h 后k 2恢复到143.6mg ∙m -3∙h -1.UV 和VUV 的协同效应使UV 降解耦合VUV 再生成为一种可持续的光催化降解污染物模式.关键词:异质结;真空远紫外;甲苯;电子-空穴对;光催化活性中图分类号:O643Performance,Deactivation and Regeneration of SnO 2/TiO 2NanotubeComposite PhotocatalystsZHAO Wei-Rong *SHI Qiao-MengLIU Ying(Department of Environmental Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310058,P .R.China )Abstract:SnO 2/TiO 2nanotube composite photocatalysts were synthesized by microwave-assisted hydrothermal and micro-emulsion methods.The photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD),transmission electron microscopy with energy-dispersive X-ray spectroscopy (TEM/EDX),and electrochemical techniques.Toluene was chosen as a model pollutant to evaluate the performance,deactivation,and regeneration behavior of the photocatalysts under ultraviolet (UV)and vacuum ultraviolet (VUV)irradiation.The results show that ternary heterojunctions of SnO 2/TiO 2nanotube composite photocatalysts including anatase TiO 2(A-TiO 2)/rutile TiO 2(R-TiO 2),A-TiO 2/SnO 2,and R-TiO 2/SnO 2were successfully created.They were able to separate photogenerated electron-hole pairs efficiently,and promote photocatalytic activity accordingly.SnO 2/TiO 2showed the best photocatalytic performance.Under UV or VUV irradiation,the toluene degradation rate of SnO 2/TiO 2was 100%,and the CO 2formation rate (k 2)of SnO 2/TiO 2was approximately 3times higher than that of P25.Because of the low mineralization rate under UV irradiation,the refractory intermediates generated can occupy active photocatalytic sites on the photocatalyst surface,which hinders the photocatalytic oxidation rate.After 20h of UV irradiation,the k 2of SnO 2/TiO 2decreased from 138.5to 76.1mg ∙m -3∙h -1,implying that the photocatalysts can be deactivated quickly.VUV irradiation was employed to regenerate the deactivated SnO 2/1318赵伟荣等:SnO2/TiO2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生No.71引言半导体(SnO2、1-3ZnO4和WO35等金属氧化物, PdS、6CdS7和ZnS8等硫化物)/TiO2体系的异质结型复合催化剂因具有抑制光生电子-空穴对复合,增大光量子产率,提高光催化活性等优点,在光催化领域备受关注.其中,开发SnO2/TiO2异质结光催化剂成为近年来的热点研究方向.Wang等1结合形貌工程,将SnO2纳米颗粒成功负载在TiO2纳米纤维上,制备的SnO2/TiO2异质结型纳米光催化剂具有优异的光催化性能.此外,贵金属修饰的SnO2/TiO2复合光催化剂也引起人们的广泛关注.Chang等2合成TiO2/ SnO2-Pd三元异质结,通过增加电子转移路径提高光催化活性.Zhou等3利用Ag修饰SnO2/TiO2,不仅增强了光催化性能,同时提高了光催化稳定性.但催化剂失活仍是光催化氧化技术的致命缺点.9,10真空远紫外光-光催化氧化(VUV-PCO)联用技术可产生更多种类的活性物质,如∙OH、O2-∙、O(1D)、O(3P)、O3等,分解气相和催化剂表面的污染物.不仅能提高光催化降解效率,还是一种行之有效的催化剂再生手段.11-13Jeong等11研究表明VUV不仅显著提高甲苯降解率和矿化率,还能有效阻止催化剂失活,并将其归结于光化学氧化和光催化氧化的联合作用.Huang等12发现VUV-PCO过程的甲苯去除率比PCO过程高5倍.本研究以P25为原料,采用微波水热法制备TiO2纳米管,通过微乳液法合成SnO2/TiO2纳米管三元异质结型复合光催化剂.基于催化剂的晶体结构和形貌、电化学特性研究,重点考察SnO2/TiO2复合光催化剂光催化降解气相甲苯的性能,及催化剂失活、VUV再生过程.2实验部分2.1催化剂制备采用微波水热法制备氢钛酸管和TiO2纳米管.14,15在100mL聚四氟乙烯反应釜中加入0.3g P25(Degussa AG,德国)和35mL10mol∙L-1氢氧化钠(分析纯)溶液,超声后搅拌2h.将混合溶液于微波消解仪(XT-9912,上海新拓)中水热3h(130°C),微波功率700W.待冷却至室温,所得固体用0.5mol∙L-1盐酸(分析纯)溶液酸洗、抽滤、水洗、烘干、研磨,得氢钛酸管,命名为HTNT.HTNT在管式炉中空气氛围下300°C煅烧1h,得到二氧化钛纳米管,命名为TNT.采用微乳液法制备SnO2/TiO2纳米管.16取0.5g HTNT加入到20mL蒸馏水搅拌30min得乳浊液A.取0.1413g SnCl2∙2H2O(分析纯)溶解到20mL1 mol∙L-1盐酸(分析纯)溶液中得溶液B.将A和B混合搅拌48h,抽滤、水洗、烘干、研磨,所得固体于300°C下煅烧1h,得到SnO2/TiO2(Sn/Ti原子比为10%),命名为STO.2.2催化剂表征利用X射线衍射(XRD,model D/max RA, Rigaku Co.,日本)分析STO和TNT的晶型结构.以Cu Kα射线为光源,管电压和管电流分别为40kV和80mA,扫描范围为10°-80°.利用带有能量色散X 射线光谱仪(EDX)的透射电子显微镜(TEM,Tecnai G2F20S-TWIN,美国)观察STO和TNT的形貌和粒子成分.利用电化学工作站(CHI650D,上海辰华,中国),采用线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)和塔菲尔曲线(Tafel)等电化学手段分析催化剂电化学响应特性.以两盏紫外灯(4W,254nm)作为光源,电解液均为Na2SO4溶液和无水乙醇的混合液.过程中通入15min氩气以除去溶液中的氧气.2.3催化剂的评价采用两盏紫外灯(4W,254nm)或真空远紫外灯(4W,(254+185)nm)为光源,以气相甲苯为模型污染物,在静态石英反应器中进行活性评价.取0.1g 催化剂均匀涂布整个表面皿,放入反应器并密封,通高纯空气(21%O2,79%N2)30min以排除CO2和CO.注入约327mg∙m-3的甲苯饱和气体于反应器内,吸附-脱附平衡6h后开灯进行光催化降解实验.TiO2because reactive species such as∙OH,O2-∙,O(1D),O(3P),and O3can be generated.These play an important role in the oxidation of refractory intermediates on the photocatalyst surface,and k2increased to143.6 mg∙m-3∙h-1accordingly.Therefore,UV photodegradation combined with VUV regeneration could be a feasible photocatalytic process because of a synergistic effect between UV and VUV.Key Words:Heterojunction;Vacuum ultraviolet;Toluene;Electron-hole pair;Photocatalytic activity1319Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30甲苯、CO 2和CO 的浓度采用配有氢火焰离子化检测器(FID)的气相色谱仪(GC-9790,福立,中国)检测.3结果与讨论3.1XRD 结果图1为STO 和TNT 的XRD 谱图.其中,TNT 的特征衍射峰分别对应锐钛矿相TiO 2(A-TiO 2)(JCP-DS No.21-1272)的(101)、(004)、(200)、(105)、(211)、(204)、(220)和(215)晶面,未出现其他晶相衍射峰.SnO 2的负载使A-TiO 2对应的晶面衍射峰强度略有降低,说明A-TiO 2的结晶度因SnO 2的引入而降低.STO 在27.45°和36.08°的特征衍射峰分别与金红石相TiO 2(R-TiO 2)(JCPDS No.21-1276)的(110)和(101)晶面对应,同时在35.44°出现SnO 2(JCPDS No.41-1445)(101)晶面微弱的特征衍射峰.Chang 等2也报道了相似的现象.由于SnO 2的晶胞参数(a =b =0.474nm,c =0.319nm)和R-TiO 2的晶胞参数(a =b =0.459nm,c =0.296nm)非常接近,因而负载SnO 2有利于R-TiO 2的形成.3.2TEM 结果图2(a)为TNT 的TEM 照片.可以看出,TNT 呈空心管状结构,内外径分别为4-5和6-7nm.图2(b)为STO 的高倍透射电镜(HRTEM)图.图中晶格间距0.35、0.32和0.26nm 分别对应A-TiO 2(101)、R-TiO 2(110)和SnO 2(101)晶面,这与XRD 结果一致.且A-TiO 2(101)与R-TiO 2(110)、A-TiO 2(101)与SnO 2(101)及R-TiO 2(110)与SnO 2(101)均存在过渡区域,证实形成A-TiO 2/R-TiO 2、A-TiO 2/SnO 2及R-TiO 2/SnO 2三元异质结结构.图2(c)的EDX 元素分析表明STO 主要由O 、Ti 和Sn 元素构成.3.3电化学结果图3(a)为P25和STO 的LSV 曲线.P25光电流密度随电位升高而缓慢增加.STO 光电流密度随电位升高而快速增加,于-0.16V 达最大值(32.8μA ∙cm -2).然而,随着电位的持续升高,STO 光电流密度反而降低.Zhao 等17研究表明,异质结内存在内建电场促使光生电子-空穴的分离,电流密度随外加电压的增大而增大.但空间电荷层逐渐变薄,抑制光生电子-空穴对复合的电场力变弱,继而光生电子-空穴复合率增加,电流密度减小.LSV 表征证实STO 存在异质结结构.图1STO 和TNT 的XRD 谱Fig.1XRD patterns of STO and TNTSTO:SnO 2/TiO 2;TNT:TiO 2nanotube图2TNT 的TEM 照片(a),STO 的HRTEM照片(b)和EDX 图(c)Fig.2TEM images of TNT (a),HRTEM image (b)and EDX spectrum (c)of STO1320赵伟荣等:SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生No.7图3(b)为P25、TNT 和STO 在Na 2SO 4和乙醇混合电解液中的CV 曲线.三种光催化剂具有相似的扫描图形,在0.07和2.20V 处有两个明显的氧化峰.前者是由于电极上乙醇的氧化形成了CO 等中间产物,18氧化峰电流顺序为P25>TNT>STO.后者是光催化剂完全氧化乙醇形成的氧化峰,氧化峰电流顺序为STO>TNT>P25.表明STO 具有最佳氧化能力.图3(c)为不同光催化剂的Tafel 图谱.STO 的腐蚀电流密度(J corr )(2.388μA ∙cm -2)分别为P25(0.3588μA ∙cm -2)和TNT(0.4315μA ∙cm -2)的6.7倍和5.5倍,具有最佳光电响应性能.CV 曲线和Tafel 图谱进一步证明异质结的形成促使STO 电子转移速率增大,有利于光电化学反应的进行.3.4光催化活性及机理分析P25、TNT 和STO 在暗态下的甲苯吸附量分别为135.4、235.4和258.2mg ∙m -3.可以发现,光催化剂的暗态甲苯吸附效果顺序为STO>TNT>P25.这是因为二氧化钛纳米管具有巨大的比表面积,14,19能有效吸附甲苯.并且SnO 2颗粒会负载在TNT 的管壁或管内,增加光催化剂的比表面积,进一步增大与甲苯的接触面积,提高光催化剂吸附性能继而增加光催化活性.图4显示了P25、TNT 和STO 在UV 和VUV 照射下,光催化降解甲苯过程中甲苯降解率、CO 和CO 2浓度的变化.可以看出,UV 光照4h 后,甲苯降解率、CO 和CO 2浓度变化的顺序均为STO>TNT>P25.其中,STO 和TNT 的甲苯降解率达100%,而P25仅为65%.Debono 等20认为甲苯的光催化降解主要经历三个步骤,包括甲苯的去除、中间产物的生成和去除以及CO 和CO 2的生成.CO 和CO 2是甲苯不完全矿化和完全矿化的产物,k 1和k 2分别是CO 和CO 2的生成速率.k 2/k 1比越大,说明甲苯更易矿化为CO 2,CO 2选择性越强.由图4(b,c)可知,UV 照射下,STO 的k 1和k 2均最大,分别为P25的1.5倍和3.3倍,TNT 的1.5倍和1.8倍.其k 2/k 1比(16.1)也最大,分别为P25(7.4)和TNT(13.5)的2.2倍和1.2倍.因此,STO 表现出最佳的矿化甲苯性能,CO 2选择性最强.VUV 光催化过程中,P25、TNT 和STO 的甲苯降解率均达100%,且依然是STO 表现出最佳的光催化性能和CO 2选择性.k 1、k 2和k 2/k 1比分别为P25的1.1倍、2.7倍和2.3倍,TNT 的1.1倍、1.8倍和1.7倍.反应1h 后,甲苯就完全降解,而CO 和CO 2分别以17.7和369.0mg ∙m -3∙h -1的速率增加.表明甲苯降解生成的中间产物残留在气相中,或吸附在催化剂表面,继续被STO 矿化成更小分子的CO 和CO 2.单独VUV 在4h 内能降解约50%的甲苯,但密闭反应器内会产生高达85.7mg ∙m -3的臭氧.加入STO 后,大量光子被STO 吸收,生成自由基,与臭氧的生成形成竞争关系,抑制臭氧的生成.密闭反应器内臭氧浓度仅为7.1mg ∙m -3,相对于单独VUV 下降了91.7%.A-TiO 2/R-TiO 2、A-TiO 2/SnO 2、R-TiO 2/SnO 2三元异质结结构的形成,使STO 在UV 和VUV 条件下均表现出最佳的光催化性能.图5为SnO 2/TiO 2纳米管图3光催化剂的线性扫描伏安曲线(a),循环伏安曲线(b)和塔菲尔曲线(c)Fig.3Linear sweep voltammograms (a),cyclicvoltammograms (b),and Tafel curves (c)of the photocatalystsJ coor :corrosion current density1321Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30复合光催化剂的电子-空穴转移机理图.据报道,21A-TiO 2和R-TiO 2的禁带宽度分别为3.29和3.22eV ,导带(CB)位置分别位于-0.72和-0.52eV .当A-TiO 2和R-TiO 2的界面接触时,电子优先从A-TiO 2的CB 转移到R-TiO 2的CB,22,23而空穴则由R-TiO 2的价带(VB)转移到A-TiO 2的VB,实现电子-空穴对分离.另外,SnO 2的CB 和VB 位置分别位于0.07和3.67eV .24当SnO 2与A-TiO 2或R-TiO 2的界面接触时,SnO 2的CB 捕获来自A-TiO 2和R-TiO 2导带位置的电子,将O 2还原成O 2-∙.空穴直接由SnO 2的VB 迁至A-TiO 2的VB,或经R-TiO 2的VB 后再迁至A-TiO 2的VB,将吸附于催化剂表面的水分子氧化为∙OH.其中,R-TiO 2主要起传递电子和空穴的过渡作用,增强电子-空穴对的转移能力和分离率.A-TiO 2、R-TiO 2和SnO 2三者之间两两形成异质结,降低电子-空穴对复合,不仅延长载流子的寿命还提高界面电子吸附底物的效率,生成大量的活性物质,因而大大提高STO 的光催化活性.P25、TNT 和STO 均在VUV 照射下表现出更优的光催化性能,k 2均是UV 照射下的3倍左右.原因在于,除254nm 波长诱导光催化剂生成的∙OH 和O 2-∙外.VUV 激发产生的185nm 短波长具有646kJ ∙mol -1的光子能量,能有效断裂甲苯上甲基的C ―H 键(324kJ ∙mol -1),芳香环的C ―C 键(438-464kJ ∙mol -1)、C ＝C 键(482kJ ∙mol -1)和C ―H 键(415kJ ∙mol -1)以及甲基和芳香环连接的C ―C 键(425kJ ∙mol -1).12,25另外,VUV 能产生O(1D )、O(3P )和O 3等活性氧物质,再经反应产生更多的∙OH,11且O 3可直接氧化污染物,继而促进催化剂降解气相和吸附于催化剂表面的污染物.VUV 将反应由催化剂表面拓展到光照可及的气相,增加了反应场所,光催化剂活性显著提高.3.5STO 的失活再生研究由图6可知,STO 在UV 连续光照20h 后,CO 和CO 2浓度分别下降了7.4和237.4mg ∙m -3,k 2由138.5图4光催化降解甲苯过程中的甲苯降解率(a)、CO (b)和CO 2(c)浓度变化Fig.4Toluene degradation rate (a),and evolution of CO (b)and CO 2(c)concentrations during the photocatalyticdegradation of tolueneC :toluene concentration after reaction;C 0:initial concentration of toluene.k 1and k 2are the formation rates of CO and CO 2,respectively.图5SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂的电子-空穴转移机理示意图Fig.5Schematic showing the eletron-hole transfer mechanism in the SnO 2/TiO 2nanotube compositephotocatalystsCB:conduction band;VB:valence band1322赵伟荣等:SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂的性能及失活再生No.7下降到76.1mg ∙m -3∙h -1,下降了45.1%.这是由于STO 光催化矿化甲苯不完全,导致一些中间产物,如苯甲酸、苯甲醛、苯甲醇、苯等,9,10,26累积于催化剂表面,占据催化剂活性位,导致催化剂出现中毒现象.采用UV 光照再生12h,发现再生阶段k 1和k 2仅为6.2和43.1mg ∙m -3∙h -1,当采用VUV 光照再生12h 时,再生阶段k 1和k 2分别提高到13.0和227.4mg ∙m -3∙h -1.表明UV 产生的∙OH 和O 2-∙仅降解小部分中间产物.而VUV 产生O(1D )、O(3P )和O 3等活性氧物质,促进∙OH 的大量增加,同时O 3具有强氧化力,增进吸附于STO 光催化剂表面难降解中间产物的快速降解.STO 的k 2由76.1mg ∙m -3∙h -1升高到143.6mg ∙m -3∙h -1,完全恢复光催化活性.然而,恢复活性后的STO 经5周期UV 光催化降解实验后,k 2又下降43.7%.以上结果表明,UV 降解和VUV 再生的耦合模式可在一定程度上解决光催化失活问题,是一种可持续的光催化降解模式.这是因为VUV 能弥补UV 矿化不足的弊端,有效降解催化剂表面吸附的难降解中间产物,而UV 可避免臭氧产生的问题.两者的协同效应使光催化降解过程变为可连续进行.值得注意的是,VUV 会产生对人体不利的臭氧,因此再生阶段应避免人员长期接触.4结论通过微波辅助水热法和微乳液法制得SnO 2/TiO 2纳米管复合光催化剂.由于A-TiO 2、R-TiO 2与SnO 2两两之间均形成异质结,构成三元异质结,抑制光生电子-空穴对复合,STO 表现出最佳的光催化活性.STO 在UV 、VUV 条件下的k 2分别为P25的3.3倍和2.7倍,均为TNT 的1.8倍,甲苯降解率均为100%.失活再生研究表明,耦合UV 降解和VUV 再生模式是光催化降解污染物的可持续方法,这得益于UV 降解和VUV 再生的协同作用.虽然持续UV 光照20h 后,STO 活性位被中间产物占据,活性逐渐下降,k 2由138.5下降到76.1mg ∙m -3∙h -1.但具有高光子能量的VUV 除产生∙OH 、O 2-∙外,还可通过产生大量的O(1D )、O(3P )和O 3等活性氧物质,促进吸附于光催化剂活性点位难降解中间产物的矿化.经VUV 再生的STO,完全恢复光催化活性,k 2升高到143.6mg ∙m -3∙h -1.UV 和VUV 的协同效应使UV 降解耦合VUV 再生成为一种可持续的光催化降解污染物模式.References(1)Wang,C.H.;Shao,C.L.;Zhang,X.T.;Liu,Y .C.Inorg.Chem .2009,48,7261.doi:10.1021/ic9005983(2)Chang,S.Y .;Chen,S.F.;Huang,Y .C.J.Phys.Chem.C 2011,115,1600.doi:10.1021/jp109103a(3)Zhou,X.F.;Cao,J.L.;Xu,M.F.;Wang,Z.S.;Lu,J.Mater.Res.Bull.2013,48,4942.doi:10.1016/j.materresbull.2013.07.031(4)Wu,L.;Xing,J.;Hou,Y .;Xiao,F.Y .;Li,Z.;Yang,H.G.Chem.Eur.J .2013,19,8688.doi:10.1002/chem.201390096(5)Smith,W.;Wolcott,A.;Fitzmorris,R.C.;Zhang,J.Z.;Zhao,Y .P.J.Mater.Chem.2011,21,10792.doi:10.1039/c1jm11629k (6)Su,C.Y .;Shao,C.L.;Liu,Y .C.J.Colloid Interface Sci.2010,346,324.doi:10.1016/j.jcis.2010.02.027(7)Wu,Z.Y .;Zhao,G.H.;Zhang,Y .N.;Tian,H.Y .;Li,D.M.J.Phys.Chem.C 2012,116,12829.doi:10.1021/jp300374s (8)Chaguetmi,S.;Mammeri,F.;Nowak,S.;Decorse,P.;Lecoq,图6STO 失活再生过程Fig.6Deactivation and regeneration processes of STOUnits of k 1and k 2are mg ∙m -3∙h -1.1323Acta Phys.-Chim.Sin.2014V ol.30H.;Gaceur,M.;Naceur,J.B.;Achour,S.;Chtourou,R.;Ammar,S.RSC Adv.2013,3,2572.doi:10.1039/c2ra21684a(9)Jovi,F.;Tomaši,V.;Davidson,A.;Nogier,J.P.;Li,W.;Kosar,V.Chem.Biochem.Eng.Q.2013,27,37.(10)Mo,J.H.;Zhang,Y.P.;Xu,Q.J.;Lamson,J.J.;Zhao,R.Y.Atmos.Environ.2009,43,2229.doi:10.1016/j.atmosenv.2009.01.034(11)Jeong,J.Y.;Sekiguchi,K.;Sakamoto,K.Chemosphere2004,57,663.doi:10.1016/j.chemosphere.2004.05.037(12)Huang,H.B.;Leung,D.Y.C.;Li,G.S.;Leung,M.K.H.;Fu,X.L.Catal.Today2011,175,310.doi:10.1016/j.cattod.2011.04.015(13)Zhao,W.R.;Yang,Y.N.;Dai,J.S.;Liu,F.F.;Wang,Y.Chemosphere2013,91,1002.doi:10.1016/j.chemosphere.2013.01.086(14)Chen,S.H.;Xu,Y.;Lu,B.L.;Wu,D.Acta Phys.-Chim.Sin.2011,27,2933.[陈淑海,徐耀,吕宝亮,吴东.物理化学学报,2011,27,2933.]doi:10.3866/PKU.WHXB20112933 (15)Ou,H.H.;Lo,S.L.;Liao,C.H.J.Phys.Chem.C2011,115,4000.doi:10.1021/jp1076005(16)Zhang,H.;Li,G.R.;An,L.P.;Yan,T.Y.;Gao,X.P.;Zhu,H.Y.J.Phys.Chem.C2007,111,6143.doi:10.1021/jp0702595 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