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具有高光催化活性的黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维
  • ISSN号:0253-9837
  • 期刊名称:《催化学报》
  • 时间:0
  • 分类:O6[理学—化学]
  • 作者机构:[1]南京林业大学化学工程学院,江苏南京210037, [2]南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009, [3]江苏中圣集团,江苏南京211112
  • 相关基金:国家自然科学基金(21406118,91434109,91334202);南京林业大学高学历人才基金项目(GXL2014036);江苏省双创计划;科技副总(企业创新岗)特聘专家项目;江苏高校优势学科建设工程资助项目.
中文摘要:

高效TiO2基光催化材料的开发一直是催化领域的研究热点,主要的策略是如何有效地分离光生载流子.制备多晶相的TiO2材料可引入异质/相结结构使电子与空穴朝不同方向移动,从而避免电子与空穴复合;另外,在TiO2中掺杂其他金属或非金属也可以有效地降低电子与空穴的复合率,掺杂的元素作为电子捕获阱俘获光生电子,以实现电子空穴的有效分离.近些年,作为一种全新的掺杂剂,氧空穴可以有效改善TiO2的光催化活性,所制TiO2具有可见光的全光谱吸收能力,因此该类TiO2呈现出黑色.通过上述方法均可以制备出高活性TiO2基光催化材料,如果能够将这些方法耦合一起,则可能制备出活性更高的光催化剂.因此,本文将异相结结构和空穴掺杂耦合起来,用多孔钛酸盐衍生物在H2中高温焙烧制得一种全新的黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维.不同于其他TiO2基光催化材料,该样品仅由Ti和O元素组成,通过Ti和O元素的组合,形成了双晶结构和空穴掺杂两种特殊的结构,借助场发射(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)等表征分析了样品的结构及其光催化性能间构效关系.FESEM结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x为长1–5mm、宽0.2mm的纤维结构,Raman结果表明,锐钛矿相在特征波段(140 cm–1左右)和TiO2(B)的特征波段(220–260 cm–1)均发生蓝移,说明该两相中均存在氧空穴;该样表面未检测到Ti3+,因此氧空穴可能分散在TiO2(B)和锐钛矿相的体相中.根据黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x和白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2的失重差,估算出前者的O/Ti原子比为1.97.光催化降解甲基橙实验结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x的光催化活性是白色双晶TiO2的4.2倍,锐钛矿TiO2的10.5倍,且连

英文摘要:

Black TiO2(B)/anatase bicrystalline TiO2-x nanofibers were synthesized from a porous titanate derivative by calcination in H2, and were characterized using field-emission scanning electron microscopy, Raman spectroscopy, N2 adsorption-desorption analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, thermogravimetric analysis, ultraviolet-visible diffuse reflection spectroscopy and photoluminescence measurements. Characterization results showed that no Ti3+ was present on the surface of black bicrystalline TiO2-x and oxygen vacancies were distributed in the bulk of both TiO2(B) and anatase phases. The O/Ti atom stoichiometric ratio of black bicrystalline TiO2-x was estimated to be 1.97 from the difference of mass loss between black bicrystalline TiO2-x and white bicrystalline TiO2 without oxygen vacancies. The photocatalytic activity of black bicrystalline TiO2-x was 4.2 times higher than that of white bicrystalline TiO2 and 10.5 times higher than that of anatase TiOz. The high photocatalytic activity of black bicrystalline TiO2-x was attributed to its effective separation of electrons and holes, which may be related to the effects of both bicrystalline structure and oxygen vacancies. Black bicrystalline TiO2-x also exhibited good photocatalytic activity after recycling ten times. The black bicrystalline TiO2-x nanofibers show potential for use in environmental and energy applications.

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期刊信息
  • 《催化学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国化学会 中国科学院大连化学物理研究所
  • 主编:李灿 张涛
  • 地址:大连市沙河口区中山路457号
  • 邮编:116023
  • 邮箱:chxb@dicp.ac.cn
  • 电话:0411-84379240
  • 国际标准刊号:ISSN:0253-9837
  • 国内统一刊号:ISSN:21-1195/O6
  • 邮发代号:8-93
  • 获奖情况:
  • 第三届国家期刊奖提名奖,中国科协精品科技期刊示范项目
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,美国科学引文索引(扩展库),日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:19199