层层沉积热处理法制备超薄Cu3(BTC)2膜

基于层层沉积法,引入简单易控的热处理方式在玻璃基底表面制备出高结晶度且致密无裂缝的Cu₃(BTC)₂膜,并详细探讨热处理温度、组装时间和组装溶剂对Cu₃(BTC)₂成膜的影响。FESEM分析结果显示:膜层的厚度仅为200 nm;热处理有利于获得完整的晶体结构,且高温下膜层不会产生裂纹;组装时间为5 min或10 min,Cu₃(BTC)₂ 颗粒尺寸小且均一。然而,当组装时间延长至20 min,尺寸变得不均一,膜层表面变粗糙;通过改变组装溶剂环境,可以制备出不同维数的晶体膜。     

模板法研制有序介孔SiO_2膜及其性能表征的研究

采用模板法研制了有序介孔SiO_2膜,探讨了其性能表征。在研究中采用了正硅酸乙酯(TEOS)与十六烷基三甲基氯化铵(CTAC),在致密基底上,研制了有序介孔SiO_2膜,观察了CTAC/TEOS摩尔比对SiO_2膜孔径及其介孔有序性的影响,实验结果证实,有序介孔SiO_2膜的孔径在2~3nm,呈单一分布,孔体积随着CTAC/TEOS摩尔比增加而增大,CTAC/TEOS摩尔比为0.35时,SiO_2膜的渗透率最大。     

水基纳米TiO_2路径制备有序介孔TiO_2-SiO_2及其可见光催化性能

在多巴胺修饰的水基TiO_2纳米微粒(TiO_2NPs)悬浮液中,以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,分别采用碱性水热方法或酸性溶胶-凝胶方法,制备了有序介孔TiO_2-SiO_2(TiO_2NPs/MCM-41或TiO_2NPs/SBA-3)。采用XRD、TEM、ICP和N2吸附-脱附实验对样品进行表征。结果表明,制备的介孔TiO_2-SiO_2在TiO_2高负载质量分数(23.98%TiO_2NPs/MCM-41、17.27%TiO_2NPs/SBA-3)时,仍能保持长程有序的介孔氧化硅结构。TiO_2NPs随机地嵌入在有序介孔氧化硅孔道所组成的网络结构中。在可见光下催化甲基橙降解反应中,反应时间120 min时,在P25上甲基橙相对浓度降为57%,在TiO_2NPs/MCM-41上降为33%,而在TiO_2NPs/SBA-3上降为5.7%。     

氨基化HKUST-1制备及吸附Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)性能

采用溶剂热法合成了HKUST-1,以三乙烯四胺(TETA)采用后修饰法对HKUST-1进行改性,制得氨基功能化HKUST-1吸附剂TETA-[Cu_3(BTC)_2],对其进行了表征,并考察了其对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,TETA成功接枝到HKUST-1上,TETA-[Cu_3(BTC)_2]具有介孔材料特性,具有较大的比表面积(976.8 m~2/g)和高密度氨基官能团,对Pb(Ⅱ)和Cd(Ⅱ)有较高的吸附量。吸附等温线拟合结果均符合Langmuir模型,拟合的Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的最大吸附容量分别为310.6、256.4 mg/g;拟合结果均符合拟2级吸附动力学模型,说明过程以化学吸附为主。TETA-[Cu_3(BTC)_2]在去除水溶液中重金属离子方面有潜在的良好应用前景。     

三维In_2S_3/TiO_2纳米复合材料的制备及光电性能

采用阳极氧化法在钛网基底上制备出TiO_2纳米管阵列,利用连续离子层吸附法(SILAR)将半导体In_2S_3沉积到TiO_2纳米管表面,制备In_2S_3/TiO_2纳米复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及紫外-可见漫反射光谱(DRS)对材料的形貌和结构进行表征,并通过荧光光谱仪以及光电信号对不同沉积圈数的In_2S_3/TiO_2纳米复合材料的光电性能进行测试。结果表明,制备的In_2S_3纳米颗粒均匀沉积在TiO_2纳米管上,并且不会堵塞纳米管的管孔。沉积不同圈数的In_2S_3/TiO_2纳米复合材料表现出不同的光电化学性质。     

光伏玻璃表面减反和自洁SiO2/TiO2双层膜的制备和性能

利用光学模拟软件分析了光伏玻璃表面减反和自洁SiO_2/TiO_2双层膜不同膜层厚度对透过率的影响,并对膜层厚度进行优化,获得理想的SiO_2/TiO_2膜厚度;根据理论分析结果在光伏玻璃上制备了SiO_2/TiO_2双层膜,测试了制备的双层膜的透过率及对甲基蓝的光降解效果,结果表明,通过控制SiO_2/TiO_2的膜层厚度,不仅对减反射膜的透过率影响较小,同时具备了自洁效果。     

聚乙烯胺/Cu3（BTC）2-MMT-NH2混合基质膜的制备及气体传递性能

采用阳离子交换与Cu₃(BTC)₂原位合成相结合制备Cu₃(BTC)₂-MMT,同时,借助3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)氨基功能化制备Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料。然后,将杂化材料添加到聚乙烯胺(PVAm)基质中作为选择性涂层涂覆到聚砜(PSf)支撑体上,制备了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜。通过XRD和FTIR对杂化材料的晶态结构和化学结构进行了表征,同时采用ATR-FTIR证实了Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料与PVAm基质之间存在氢键相互作用。系统性研究了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜中MMT阳离子交换量、Cu₃(BTC)₂-MMT与KH550的质量比、Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂的负载量、操作压力、湿膜厚度、操作温度以及混合气作为原料气对膜CO₂渗透性、CO₂/N₂选择性的影响。结果表明：在纯气气氛,操作温度为25℃、操作压力为1 bar(1 bar=0.1 MPa)的条件下,当Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂负载量为3%(质量)时,膜的气体分离性能最优,CO₂渗透率为203 GPU(1GPU=10^-6 cm³·cm^-2·s^-1·cmHg^-1,1 cmHg=1333.22 Pa),CO₂/N₂选择性为100.7,远高于添加MMT、Cu₃(BTC)₂和MMT/Cu₃(BTC)₂混合物的混合基质膜。这是由于Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂具有层间快速传递通道且与聚合物基质有良好的相容性。此外,混合气测试条件下,混合基质膜运行360 h,仍能保持优异的CO₂分离性能稳定性。     

聚乙烯胺/Cu3（BTC）2-MMT-NH2混合基质膜的制备及气体传递性能

采用阳离子交换与Cu₃(BTC)₂原位合成相结合制备Cu₃(BTC)₂-MMT,同时,借助3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)氨基功能化制备Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料。然后,将杂化材料添加到聚乙烯胺(PVAm)基质中作为选择性涂层涂覆到聚砜(PSf)支撑体上,制备了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜。通过XRD和FTIR对杂化材料的晶态结构和化学结构进行了表征,同时采用ATR-FTIR证实了Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂杂化材料与PVAm基质之间存在氢键相互作用。系统性研究了PVAm/Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂混合基质膜中MMT阳离子交换量、Cu₃(BTC)₂-MMT与KH550的质量比、Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂的负载量、操作压力、湿膜厚度、操作温度以及混合气作为原料气对膜CO₂渗透性、CO₂/N₂选择性的影响。结果表明：在纯气气氛,操作温度为25℃、操作压力为1 bar(1 bar=0.1 MPa)的条件下,当Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂负载量为3%(质量)时,膜的气体分离性能最优,CO₂渗透率为203 GPU(1GPU=10^-6 cm³·cm^-2·s^-1·cmHg^-1,1 cmHg=1333.22 Pa),CO₂/N₂选择性为100.7,远高于添加MMT、Cu₃(BTC)₂和MMT/Cu₃(BTC)₂混合物的混合基质膜。这是由于Cu₃(BTC)₂-MMT-NH₂具有层间快速传递通道且与聚合物基质有良好的相容性。此外,混合气测试条件下,混合基质膜运行360 h,仍能保持优异的CO₂分离性能稳定性。     

p-Cu_2O/n-TiO_2纳米管复合电极的制备及其光电性能

采用二次阳极氧化法制备结构规整的TiO_2纳米管阵列,进一步采用恒电流电化学沉积Cu_2O制备纳米管阵列异质结复合电极Cu_2O/TiO_2。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等对样品进行表征。SEM结果表明TiO_2纳米管垂直排列在基底Ti上,管径约为50 nm,管长约为1μm左右,Cu_2O以颗粒状均匀地沉积在TiO_2纳米管阵列上;XRD结果表明TiO_2为锐钛矿晶型,而沉积的Cu_2O为立方型;XPS结果表明Cu_2O/TiO_2中Cu和Ti分别以Cu~(1+)和Ti~(2+)的形式存在;UV-vis DRS结果表明沉积Cu_2O的电极材料的吸光范围由紫外区扩展到紫外-可见区。光电性能测试结果表明:制备的Cu_2O/TiO_2复合电极具有良好的光电分解水的活性,其光电流密度是TiO_2电极的2倍以上。Cu_2O沉积量为5.18×10-7mol时,Cu_2O/TiO_2的光转化效率可达0.41%(0.735 V vs.RHE)。采用焙烧方法改善Cu_2O/TiO_2电极性能,在373 K下空气中焙烧0.5 h,电极的光转化效率可达0.65%(0.759 V vs.RHE)。最后考察了CT-0.1-373和CT-0.1电极的稳定性,经连续100次线性伏安(LSV)扫描,CT-0.1-373的光转化效率为0.64%(0.762 V vs.RHE),而未经焙烧处理的CT-0.1电极,经100次LSV扫描光转化效率值降低至0.38%(0.767 V vs.RHE),结果表明低温焙烧处理不仅可显著提高Cu_2O/TiO_2复合电极的光电活性,也可改善其稳定性。     

TiO_2-ZrO_2聚合溶胶形成过程的小角X射线散射研究

由金属醇盐(M(OR)_4)水解制备溶胶的方法已广泛应用于溶胶-凝胶法制备纳米孔无机膜。通过控制异丙醇钛[Ti(i-OC_3H_7)_4]和正丙醇锆[Zr(n-OC_3H_7)_4]的混合物在异丙醇(i-C3H7OH)中水解制备聚合型TiO_2-ZrO_2溶胶,利用小角X射线散射方法(SAXS)研究了初始反应混合物Ti(i-OC_3H_7)_4:Zr(n-OC_3H_7)_4:H2O:i-C_3H_7OH=0.9:0.1:m:30(摩尔比,m=1.8,2.0,2.2)形成TiO_2-ZrO_2溶胶的过程,探讨了水与醇盐摩尔比H_2O/M(OR)_4(M=Ti+Zr)、反应温度和正丙醇锆对TiO_2-ZrO_2溶胶形成的影响。研究结果表明,H_2O/M(OR)_4=1.8时,只有少量胶粒形成;H_2O/M(OR)_4=2.0~2.2时,TiO_2-ZrO_2溶胶中胶粒具有质量分形结构,分形维数1.2≤Dm1.4;随着H_2O/M(OR)_4增加,胶粒的形成时间缩短,胶粒大小和分形维数均增大,溶胶的稳定性显著下降。升高反应温度有利于胶粒形成。[Ti(i-OC_3H_7)_4+Zr(n-OC_3H_7)_4]混合物比Ti(i-OC_3H_7)_4水解快,H_2O/M(OR)_4相同时,TiO_2-ZrO_2溶胶比TiO_2溶胶稳定性差。     

Fe_3O_4@MOF纳米复合材料高效催化降解废水中罗丹明B

通过共沉淀法分步合成Fe_3O_4/Cu_3(BTC)_2金属有机骨架(MOF)纳米复合材料,并对材料进行了傅里叶红外光谱、X射线衍射、透射电镜和磁化强度表征。结果表明,复合纳米材料具有较好的晶形和磁性,易于分离。在初始溶液pH为5.6、反应温度为40℃、H_2O_2浓度为0.1 mol/L时,0.2 g/L Fe_3O_4/Cu_3(BTC)_2复合纳米材料对质量浓度10mg/L的RhB的脱色率大于98.8%。通过猝灭实验,提出·OH自由基是参与催化降解反应的主要活性中间体。基于经济、高效的催化降解能力和易于分离,Fe_3O_4/Cu_3(BTC)_2MOF材料可用于染料废水中RhB的催化降解去除。     

大孔/介孔Ag/AgBr/TiO2复合光催化剂的制备及其可见光光催化活性

以钛酸四丁酯、硝酸银、溴化钠为前驱体,先采用无模板法制备大孔/介孔TiO_2,再通过浸渍沉淀法和光还原法制备大孔/介孔Ag/AgBr/TiO_2复合光催化剂,通过SEM、XRD、FTIR、BET、XPS、DRS对其进行了表征,并评价了可见光下Ag/AgBr/TiO_2降解罗丹明B水溶液的光催化活性。结果表明,Ag/AgBr改性对大孔/介孔TiO_2的形貌、比表面积、晶型结构、带隙结构和光催化活性影响显著。在Ag/AgBr与TiO_2物质的量比为1时,Ag/AgBr/TiO_2复合光催化剂的光催化活性最高,降解速率常数为50.21×10~(-3) min~(-1),分别是纯TiO_2和纯AgBr的14.5倍和2.15倍。     

钙钛矿太阳能电池中TiO_2电荷传输性能调控的研究

采用水热/溶剂热法制备了3种锐钛矿TiO_2(纳米颗粒、纳米棒和纳米片),分别主要暴露(101)、(010)、(001)晶面。电化学阻抗谱和荧光光谱分析表明,3种TiO_2的电荷传输性能顺序为:TiO_2纳米颗粒TiO_2纳米棒TiO_2纳米片。将其作为电荷传输层分别应用于钙钛矿太阳能电池(FTO/致密层TiO_2/介孔层TiO_2/CH_3NH_3PbI3/Spiro-OMe TAD/Ag)中,发现电池的光电转化效率与TiO_2的电荷传输性能成正相关,即暴露(101)晶面的锐钛矿TiO_2纳米颗粒基钙钛矿太阳能电池的光电转化效率最高,可达13. 53%。     

多孔材料Cu_3(BTB)_2和H_2O_2处理偶氮染料废水及机理

采用溶剂热法合成了Cu_3(BTB)_2(BTB=4,4',4"-benzenetri benzoate)介孔材料,并进行了SEM、BET、FTIR和XRD表征。该材料呈多孔球形,比表面积为1293m2/g,平均粒径为10μm。应用该材料进行刚果红偶氮染料废水处理,发现Cu_3(BTB)_2单独作用时,废水去除率为10.29%;Cu_3(BTB)_2和H_2O_2共同作用,去除率骤增到91.65%。通过紫外-可见光谱、高效液相色谱、微量热、捕获剂等手段分析其降解机理,Cu_3(BTB)_2与H_2O_2共存时,342nm处紫外特征吸收峰右移,HPLC峰强度显著降低,放热反应标准摩尔反应焓为2068.74k J/mol,加入自由基捕获剂异丙醇或氯仿后,去除率大幅降低。实验结果表明:Cu_3(BTB)_2单独作用为多孔吸附,去除率较低,与H_2O_2共存时去除率高,归结于Fenton-like反应产生活性自由基(·OH和O_2~–)使CR分子键断裂,且·OH占主导作用。     

添加剂对Cu/Co多层膜电结晶成核机理及磁性的影响

在硼酸镀液中以单晶S i(111)为基底用双槽法制备Cu/Co多层膜,在镀液中分别加入了镀铜添加剂2000#和镀钴添加剂5#。探讨了镀层电结晶成核机理,在基础镀液中铜电结晶为三维连续成核过程,钴电结晶在较低电位下为三维连续成核,在较高电位下为三维瞬时成核过程。加入添加剂后,铜、钴电结晶均为三维瞬时成核过程。测试了Cu/Co多层膜的磁性能;添加剂能提高多层膜的磁性能,无添加剂的Cu/Co多层膜的巨磁阻(GMR)值约为5%,而在加入了添加剂后,其GMR值高达52%。     

介孔Al_2O_3/PVDF复合中空纤维膜的制备及其性能

为了提高PVDF中空纤维膜在处理含油废水过程中的亲水性能、抗压实性能和抗污染性能,实验以介孔Al2O3为无机添加粒子,采用溶液纺丝法制备出介孔Al2O3/PVDF复合中空纤维膜。通过扫描电子显微镜和傅里叶红外光谱观察介孔Al2O3/PVDF复合中空纤维膜的形貌和成分,结果证明介孔Al2O3成功地添加到PVDF中空纤维膜中。通过接触角,纯水和含油废水通量的测试,结果表明介孔Al2O3的添加改善了PVDF膜的亲水性能、抗压实性能和抗污染性能。     

(100)择优取向对0.935Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-0.065BaTiO_3-0.01Al_6Bi_2O_(12)无铅压电薄膜的结构和性能影响

通过激光脉冲沉积技术(PLD)在Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(简称Pt)和具有LaNiO_3缓冲层的Pt(111)/Ti/SiO_2/Si(简称LNO/Pt)两种衬底上制备了0.935Bi_(1/2)Na_(1/2)TiO_3-0.065BaTiO_3-0.01Al_6Bi_2O_(12)(简称BNT-BT-AB)薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、原子力显微镜和铁电分析仪等对薄膜的结构和性能进行了测试和表征。结果表明:Pt衬底上BNT-BT-AB薄膜为随机取向,晶粒形貌为立方块状,剩余极化强度2P_r=20.38μC/cm~2,介电可调为19%,局部有效压电系数d~*_(33)为130pm/V;LNO/Pt衬底上BNT-BT-AB薄膜呈现高度的(100)择优取向,薄膜表面平整,剩余极化强度2P_r=21.25μC/cm~2,介电常数(700)和介电可调性(23%)均大于随机取向薄膜,d~*_(33)提高到150pm/V。     

新型壳聚糖负载TiO_2-SBA-15水净化膜的制备及其表征

本文首先将TiO_2固载到新制备的SBA-15介孔分子筛中,然后将其与壳聚糖膜液混合后制备成一种新型的污水处理膜。利用了常规粉末X射线衍射(XRD)、红外光谱(IR)以及扫描电镜(SEM)等仪器对其进行了表征。结果表明新型的壳聚糖负载TiO_2-SBA-15膜具有优异的性能。     

Sol—gel工艺制备无支撑γ—Al_2O_3分离膜

本文以异丙醇铝(Al(OP_r~1)_3)为原料,采用Sol—gel工艺制备了无支撑γ—Al_2O_3陶瓷分离膜,制得孔半径为2.5nm,孔隙率为45%,比表面积为15m~2/g的γ—Al_2O_3膜.并用IR、XRD、DTA/TG等手段分析了水解产物、干凝胶膜的物相随水解温度、热处理温度的变化,同时研究了膜的热处理温度对膜的孔径、孔隙率的影响.结果表明水解温度低于70℃时产物中出现的β—Al(OH)_3不利于形成溶胶;γ—AlOOH干凝胶在400℃以上时转为γ-Al_2O_3,并且在600～900℃间,膜孔径随温度升高而增大.     

TiO_2/Steel/Cu复合转盘液膜反应器对染料活性艳红X-3B的脱色研究

在TiO_2/Ti-Cu双转盘液膜反应器基础上进行改进,研究制备了以不锈钢为基底的TiO_2/Steel/Cu复合转盘液膜反应器(CRPC-Steel),用于对染料活性艳红X-3B的脱色研究,并对脱色条件进行了优化。结果表明:CRPC-Steel在酸性条件下处理50 mg/L活性艳红X-3B 30 min,脱色率可达86.9%,较TiO_2/Steel单转盘提高了64.4%,也优于TiO_2/Ti-Cu双转盘液膜反应器。最佳脱色条件为:初始浓度为20 mg/L,pH=2.5,Na_2SO_4为2.0 g/L,转速为60 rpm。改进的CRPC-Steel降低了反应器成本、简化了实验装置、初步克服了不锈钢基底不耐酸的缺点,为该技术的工程应用奠定了进一步的研究基础。