光催化剂TiO2的改性研究进展

光催化剂TiO₂在环境污染治理领域呈现出广阔的应用前景,但由于其自身存在不能响应可见光和量子效率低的缺陷而限制了它的应用,改性是提高TiO₂光催化性能的重要手段。在总结国内外科研成果的基础上,综述了现阶段TiO₂的主要改性方法（如光敏化、离子掺杂、复合半导体等）研究进展,并对TiO₂改性方法的发展趋势进行了展望。     

二氧化钛基纳米复合光催化材料的制备方法及应用研究进展

TiO₂光催化剂在环境污染控制领域有着良好的应用前景,一直是光催化材料研究的热点。由于TiO₂的禁带宽度大、光生电子和空穴迁移能力低等缺点限制了在可见光照射下的光催化效率;为了克服TiO₂的局限性,人们对TiO₂进行了改性研究,以提高TiO₂在可见光下的光催化活性。本文综述了近年来二氧化钛基纳米复合光催化材料的制备方法,介绍其在污水处理、生物医药、农业生产等领域的应用。     

活性炭纤维负载TiO2净化室内空气的研究进展

介绍了TiO₂/ACF复合材料吸附净化室内空气中甲醛及苯系污染物的方法以及影响净化效果的因素、ACF的等离子体改性对ACF表面性能的影响、TiO₂的掺杂改性对TiO₂光催化活性的影响,ACF和TiO₂的改性可以显著提高TiO₂/ACF复合材料降解室内污染物的效率。     

用于环境净化的TiO2/AC复合材料的制备及其改性研究进展

二氧化钛（TiO₂）在光照下可以产生具有强氧化性能的活性基团,活性炭（AC）具有良好的吸附性能。将TiO₂负载在AC上制备的TiO₂/AC复合材料可以有效去除大部分难降解的有机污染物,因此在环境净化领域具有良好的应用前景。本文综述了TiO₂/AC复合材料的研究现状,介绍了目前TiO₂/AC复合材料的三种主要制备工艺：溶胶-凝胶法、溶剂热法和微波合成法。其中溶胶-凝胶法所制备的材料稳定性好、溶剂热法制备条件温和、微波合成法制备周期短。针对TiO₂/AC复合材料可见光吸收率低和量子利用率低等问题,介绍了离子掺杂、半导体复合、贵金属沉积等现有的TiO₂/AC复合材料改性方法。之后,概述了所制备的TiO₂/AC复合材料在去除难降解有机污染物（染料废水、药物类、酚类、挥发性有机物）中的应用。最后展望了TiO₂/AC复合材料在改性研究与实际应用过程中存在的挑战性问题及可行的解决方法,为TiO₂/AC复合材料深入研究和大规模工业生产应用提供参考。     

光催化剂TiO2改性的研究进展

TiO₂具有光催化性能好、化学性质稳定、毒性低、价格低廉等优点,但由于禁带较宽,只对紫外光有响应,且电子和空穴容易复合,导致光催化活性和效率降低。本文介绍了TiO₂的几种主要改性方法的最新研究进展。表面沉积贵金属、半导体复合、染料敏化可以降低TiO₂的禁带宽度,增加其响应波长,提高太阳光的利用率。离子掺杂可使得TiO₂晶体表面产生缺陷,抑制光生电子和空穴的复合,增加表面活性中心的数量。碳纳米管和石墨烯掺杂则能够提高TiO₂对可见光的吸收率,扩大光响应范围,同时加快电子传输,减少载流子复合,提高催化效率。指出石墨烯作为新型掺杂材料具有很大的发展潜力,TiO₂基多组分复合型光催化剂可获得比单种组分表面改性或者掺杂TiO₂更好的效果。最后介绍了TiO₂表面的亲/疏水改性研究进展。     

TiO2/生物炭复合材料的制备及应用研究进展

TiO₂是一种半导体材料，具有优异的光催化活性，良好的稳定性和较低的成本，但存在禁带宽度大，生电子-空穴易复合等缺点。生物炭因具有疏松多孔的结构、比表面积大，表面官能团丰富易修饰等特点而成为性能优异的载体材料。两者结合得到的TiO₂/生物炭复合材料表现出了良好的可见光响应性、优异的电子传输能力、吸附能力强、电子-空穴复合少等优势，在水污染处理方面有着广阔的应用前景。本文综述了TiO₂/生物炭复合材料的制备及改性的方法，阐述了复合材料所表现的协同效应及光催化机理，归纳总结了目前TiO₂/生物炭复合材料在处理不同污染物的应用，并展望了TiO₂/生物炭复合材料的发展前景和方向。     

Au/TiO2复合物的制备、表征及其增强光催化灭菌活性

为提升TiO₂光催化活性克服其可见光响应能力差的问题，采用沉积-沉淀法制备了Au/TiO₂复合物光催化剂，利用X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、荧光发射光谱等对样品进行了表征。XRD、FTIR和XPS结果表明，Au/TiO₂中TiO₂为锐钛矿相且Au成功沉积至TiO₂。UV-vis DRS和荧光发射光谱结果表明，适量Au修饰不仅能提高TiO₂对可见光的吸收，还可促进TiO₂光生电子-空穴对分离，有利于增强其光催化活性。自由基捕获实验证实，形成?OH的数量与光照时间成正比且?OH生成量越多，光催化活性越高。对比考察了Au/TiO₂和TiO₂在氙灯光源照射下对大肠杆菌的光催化杀灭作用，并探讨了Au负载量、光照时间、光照强度、光催化剂浓度等因素对灭菌性能的影响。结果表明：Au/TiO₂的光催化灭菌活性优于TiO₂，且与光照时间和光照强度均成正比；Au的适宜负载量为3%（质量分数）；3%Au/TiO₂在光照时间60min、光照强度7mW/cm²、光催化剂浓度100μg/mL的条件下，对大肠杆菌的杀灭效率高达91.3%。     

羧酸改性钛白粉促进光固化研究

采用油酸对商用二氧化钛进行表面改性,通过 X-射线光电子能谱仪（ XPS）、红外光谱（FT-IR）和 X射线粉末衍射分析（ XRD）对改性后的 TiO₂粒子进行了结构表征,并借助热重分析测定了改性剂的含量。采用光差示扫描量热法（ photo-DSC）研究了无机膜保护型 TiO₂、去包膜型 TiO₂、油酸改性 TiO₂和三甲基苯甲酰二苯基氧化膦（ TPO）对丙烯酸酯光聚合动力学的影响。结果表明：油酸改性的 TiO₂与无机膜保护的 TiO₂和去包膜的 TiO₂相比,能在空气中引发丙烯酸酯的光聚合,并能增强以 TPO为光引发剂的丙烯酸酯的光聚合,从而在相同固化效果下,可减少小分子光引发剂的添加,降低残留。本研究为后续紫外光（UV）固化白色涂料、油墨固化不完善等问题提供了解决途径。     

有机改性金红石型纳米TiO2对聚乙醇酸抗光老化性能的研究

用硅烷偶联剂（A-172）对金红石型纳米TiO₂进行有机表面改性,采用红外光谱（FTIR）、透射电镜（TEM）对改性结果进行了表征。红外光谱表明,A-172以化学键的方式结合在纳米TiO₂表面;透射电镜照片表明,改性后的纳米TiO₂表现出较强疏水性。将改性后的纳米TiO₂作为紫外线屏蔽剂添加到聚乙醇酸（PGA）中,分别制备了TiO₂质量分数为0.5%、1%、1.5%和2%的复合材料,并采用氙灯气候试验机对纯PGA和PGA/纳米TiO₂复合材料进行加速老化对比试验。实验结果表明,改性后的纳米TiO₂在PGA材料中具有良好的分散性,使PGA具有更宽的紫外吸收范围和更强的紫外吸收峰,其中,当添加质量分数为1.5%时改性效果最佳,经过800h加速老化后,复合材料黄色指数只增加4.1,拉伸强度和缺口冲击强度保持率为56.34%和65.15%,分别比纯PGA提高了42.29%和37.21%,重均分子量和数均分子量保持率也分别提高了33.64%和33.99%。     

TiO2纳米粒子增强超高分子量聚乙烯和高密度聚乙烯复合材料的性能

利用硅烷偶联剂KH570对TiO₂纳米粒子进行表面改性,然后制备塑化超高分子量聚乙烯(PE-UHMW)/TiO₂复合材料,最后通过密炼-模压法制备不同含量和粒子尺寸的TiO₂纳米粒子增强PE-UHMW/高密度聚乙烯(PE-HD)复合材料。通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差示热扫描量热仪、万能试验机、流变仪表征测试复合材料的微观结构、结晶、力学及流变性能。结果表明,低含量的Ti O₂纳米粒子(质量分数0.1%)能在聚合物基体中分散良好,使复合材料的力学性能、结晶度及流动性均有显著提升;随粒子尺寸增加,材料强度和刚度降低,断裂伸长率和熔体剪切黏度先增加后降低。然而,高含量粒子分散困难、易形成大的聚集体,导致复合材料性能下降。当TiO₂纳米粒子尺寸为5～10 nm、质量分数为0.1%时,复合材料展现出优异的力学性能和加工性能,拉伸强度和拉伸屈服强度分别高达58.21 MPa和44.53 MPa,且熔体剪切黏度下降19.7%。     

二氧化钛光催化剂改性研究进展

光催化技术在处理有机污染物领域是一种资源节约、环境友好、极具应用前景的新型绿色环保技术。二氧化钛作为一种典型的半导体光催化剂,因具有光活性好、稳定性好、对人体无毒害、成本低廉、反应条件温和且无二次污染等特点而深受人们的青睐。然而它的宽带隙和较高的光生电子-空穴对复合率限制了它的大规模应用,这都是需要解决的技术难题。讲解了二氧化钛的催化机理,分析了传统二氧化钛的局限性,针对这些缺点介绍了提高二氧化钛催化活性的改性方法及原理,如离子掺杂、表面沉积贵金属、表面光敏化、半导体复合、负载等方法。讨论了二氧化钛光催化剂未来的研究和发展方向。     

铋基半导体复合二氧化钛光催化研究进展

光催化因绿色环保、可利用丰富的太阳能被广泛应用于环境污染治理和能源开发领域。二氧化钛作为典型的半导体光催化剂,因制备简易、价格低廉、对环境友好而一直备受关注。然而其较宽的禁带宽度、光生载流子易复合等缺点限制了其广泛应用,解决这些缺陷成为目前的主要工作。铋基半导体材料由于较为特殊的结构、带隙能较低、在可见光下有较高的光催化活性而近年来被关注。铋基半导体复合二氧化钛,能够突破二氧化钛固有的缺陷,从而进一步提高其复合体系的可见光光催化活性。介绍了二氧化钛的结构和催化原理,在此基础上着重综述了几种典型的铋基半导体复合二氧化钛纳米材料的制备方法、可见光催化原理以及应用。     

Local structure and photocatalytic activity of B2O3–SiO2/TiO2 ternary mixed oxides prepared by sol–gel method

The local structure and the photoactivity of B₂O₃–SiO₂/TiO₂ ternary mixed oxides (SiO₂ content was fixed as 30 at.% with respect to TiO₂) was investigated by using XRD, FT-IR, BET, UV-vis spectra, and electron paramagnetic resonance (EPR) measurement. In FT-IR analysis, boron was incorporated into the framework of titania matrix with replacing Ti---O---Si with Si---O---B or Ti---O---B bonds. Also, paramagnetic species such as O⁻ and Ti³⁺ defects were formed by the boron incorporation. In SiO₂/TiO₂ mixed oxides, a blue shift in the light absorption band was observed due to the quantization of band structure. All B₂O₃–SiO₂/TiO₂ samples had pure anatase phase and no rutile phase was formed even though the calcination temperature was over 900 °C. Incorporating boron oxides of more than 10% enlarges the grain size of anatase phase and causes a red shift of the light absorption spectrum. The surface area was monotonically decreased with increasing the content of boron content. As a result, the photoactivity of B₂O₃–SiO₂/TiO₂ ternary mixed oxides was greatly influenced by the content of boron oxide. The highest photoactivity (g moles/min l) was obtained when the boron content was 5% and seven times higher than that of silica/titania binary mixed oxide. In addition, the specific photoactivity (g moles/m² l) was maximum still at 5%. It was concluded that the large reduction of surface area, the change of band structure, and more formation of bulk Ti³⁺ sites are responsible for the deterioration in the photoactivity of B₂O₃–SiO₂/TiO₂ ternary mixed oxides when the content of boron is over 10%, although their crystallinity was enhanced by increasing the calcination temperature with keeping anatase phase.     

Application of pulsed chemical vapor deposition on the SiO2-coated TiO2 production within a rotary reactor at room temperature

Pulsed chemical vapor deposition (P-CVD) is a promising technology for the surface modification of TiO₂ particles. For the scale-up application of P-CVD, a custom-designed rotary reactor and corresponding coating process at room temperature was developed in the present work. The obtained SiO₂-coated TiO₂ particles were characterized by various measures including high-resolution transmission electron microscope, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, etc. The results illustrated that the SiO₂ films with a thickness of (3.7 ±0.7) nm were successfully deposited onto the surface of TiO₂ particles. According to the dye degradation tests and acid solubility measurement, the deposited film can effectively inhibit the photocatalytic activity and enhance the weatherability of the TiO₂ particles. Zeta potential measurements showed that the SiO₂-coated TiO₂ is possible to be stably dispersed in the pH range of 6.9–11.6. The coating process made the whiteness of TiO₂ particles decreased slightly but still sufficient (97.3 ±0.1) for application. Furthermore, the properties of the TiO₂ particles coated by P-CVD were compared with the particles coated by traditional wet chemical deposition. It is shown that the P-CVD can produce thinner but denser films with better photoactivity suppression performance. The developed coating process within the rotary reactor was proved practically feasible and convenient for the scale-up production of SiO₂-coated TiO₂ via P-CVD.     

TiO2基催化剂还原CO2研究进展

能源危机和环境污染是当今世界发展面临的两大挑战,如何有效缓解煤、石油等不可再生化石资源过度消耗所引发的能源危机,以及由此造成CO₂过量排放引起的温室效应问题,是当前人类发展亟待解决的重大科学问题之一。基于此,本文综述了近年来以TiO₂为光催化剂,以绿色、清洁的太阳光能催化还原CO₂成低价态含碳燃料(如CH₄、CH₃OH、HCHO、HCOOH、C₂H₅OH等)研究进展。在TiO₂光还原CO₂机理基础上,对元素掺杂、半导体复合与染料敏化、高活性晶面调控、低维纳米结构设计、助催化剂、Z型结构设计和单原子催化等方法来提高光还原CO₂反应效率和选择性进行分析,并指出目前研究存在的关键问题和未来CO₂光还原的发展方向。     

Au@TiO2纳米管阵列的制备及光催化性能

利用一种简单易行、可控的方法制备了均匀的Au@TiO₂纳米管阵列。首先在室温下通过阳极氧化的方法形成TiO₂纳米管，再在氧化后的TiO₂纳米管上用磁控溅射沉积不同厚度的Au膜，最后将沉积Au膜后的TiO₂纳米管在空气中450℃退火2h。热处理过程导致了Au向TiO₂纳米管的扩散，在纳米管表面形成了Au“岛”包裹的Au@TiO₂纳米管。对制备的Au@TiO₂纳米管的微观结构利用了扫描电子显微镜、能谱、X射线衍射和透射电子显微镜进行表征。并且用光电流、紫外可见光光漫反射光谱、荧光光谱和降解亚甲基蓝溶液的方法分析测量了Au@TiO₂纳米管的光电性能及光催化性能。结果表明：当可见光照射含Au@TiO₂纳米管催化剂的亚甲基蓝水溶液时，其光催化性能远远高于纯TiO₂纳米管，这是由于Au颗粒表面等离子体共振效应（LSPR）增加了电子-空穴对的分离并且延缓了其重组所致。     

Crystallization and Photoactivity of Tio2 Films Formed on Soda Lime Glass by a Sol-Gel Dip-Coating Process

Transparent nanophase TiO₂ thin films on soda lime glass were prepared from titanium tetraisopropoxide (TTIP) by a sol-gel dip-coating method. The TiO₂ films had amorphous phase up to 400°C and anatase phase at 500°C. The amorphous TiO₂ films obtained at 300-400°C showed considerable photoactivity for the degradation of formic acid. The photoactivity of the TiO₂ films was enhanced with increasing calcination temperature from 300° to 500°C. The crystallinity of the anatase films at 500°C was improved with increasing calcination time up to 2 h and reduced with a further increase in calcination time to 4 h due to the significant formation of sodium titanate phase as a result of sodium diffusion. The four-time-dipping anatase films at 500°C exhibited the greatest photoactivity at the calcination time of 2 h. Sodium diffusion into TiO₂ films was retarded by a SiO₂ underlayer of 50 nm in thickness.