研究目的
开发高效的锡掺杂和聚乙二醇修饰的二氧化钛光催化剂,用于模拟化学战剂二乙硫醚在太阳光下的降解。
研究成果
锡掺杂和聚乙二醇(PEG)改性显著提升了二氧化钛(TiO?)的光催化性能,包括增大比表面积、缩小带隙以及增强载流子生成能力,从而在紫外A光和太阳光照射下均能高效降解DES。最佳锡掺杂量为1%,而PEG的添加通过增大比表面积和延缓失活进一步提升了性能。该方法有望用于化学战剂污染环境的净化。
研究不足
主要限制在于含硫化合物产生的硫酸盐积累会导致光催化剂失活,从而降低长期效率。此外,该研究使用的是模型化合物(DES)而非真实的化学战剂,且未充分解决实际环境中的可扩展性和实际应用问题。
1:实验设计与方法选择:
采用溶胶-凝胶法合成未掺杂及不同锡含量(Sn)掺杂的TiO2光催化剂,通过改变Sn掺杂量、煅烧温度和PEG改性条件进行调控。在UV-A紫外光和太阳光照射下评估其对二乙硫醚(DES)降解的光催化活性。
2:样品选择与数据来源:
样品包含不同Sn掺杂量(质量分数0.5%、1%、4%、8%)的TiO2,分别在380°C和500°C煅烧,并以不同比例(1:
3:5%、1%、4%、8%)的TiO2,分别在380°C和500°C煅烧,并以不同比例(
1、2:
4:
1、5:
5:
1、7:1)进行PEG改性。选用DES作为化学战剂的模拟化合物。
6:
3. 实验设备与材料清单:设备包括ASAP2010 Micromeritics Tristar比表面积分析仪、TGA 5000热分析仪、D8 Advance布鲁克X射线衍射仪(XRD)、CM200飞利浦透射电镜(TEM)、Multilab 2000 X射线光电子能谱仪(XPS)、Varian 720-ES电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)、Varian Cary 100扫描紫外-可见分光光度计、马尔文Zeta电位仪、Nicolet 205X红外傅里叶变换光谱仪(IRTF)、配备EKSPLA NT342B光学参量振荡激光器的瞬态光电流响应测试系统(TRMC),以及配备飞利浦UV-A灯和太阳灯光源的光催化反应器。材料包括异丙醇钛、四氯化锡、PEG 4000、乙醇、氨水、DES等,供应商包括Sigma-Aldrich和Merck等。
7:实验设备与材料清单:
4. 实验流程与操作步骤:通过溶胶-凝胶法合成光催化剂,经煅烧后采用多种技术(BET、XRD、TEM、XPS、UV-Vis、TRMC)进行表征,在可控DES浓度、湿度和光照条件的气相光催化反应器中测试性能,收集转化率和副产物数据。
8:乙醇、氨水、DES等,供应商包括Sigma-Aldrich和Merck等。 实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:采用BET法计算比表面积,谢乐公式计算晶粒尺寸,Tauc图分析带隙,统计方法关联光催化活性数据。
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OPO laser
NT342B
EKSPLA
Pulsed light source for TRMC measurements
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ASAP2010
Tristar
Micromeritics
Surface area and porosity measurements using N2 adsorption
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Thermal Gravimetry Analysis
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X-ray diffraction measurements
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Multilab 2000
Thermo
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Varian 720-ES
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Inductively coupled plasma optical emission spectrometry
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Infrared Fourier Transform Spectroscopy
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GC-6890N
Agilent
Gas Chromatography for analysis of reactants and products
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MS-5973N
Agilent
Mass Spectrometer for analysis of reaction products
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Illumination for photocatalytic reactions under UV-A
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PEG 4000
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