纳米TiO2制备技术及其在光催化领域中的应用

纳米TiO2是一种高效节能的光催化功能材料,其制备与应用在当代越来越受到重视.分析了目前纳米TiO2的生产特点及不足,着重介绍了液相法生产纳米TiO2的制备工艺及特点,阐述了纳米TiO2光催化技术在环保领域中的广泛应用,提出了今后纳米TiO2的研究方向,并指出了纳米TiO2光催化技术在实际应用中存在的问题和研究焦点,展望了纳米TiO2光催化技术今后的发展方向.     

不同形貌纳米TiO2对甲基橙的光催化活性

分别以钛酸正丁酯和四氯化钛为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备不同形貌的纳米TiO2.利用十二烷基苯磺酸钠(DBS)、十二烷基磺酸钠(SDS)、羟丙基甲基纤维素(HPMCS) 控制纳米TiO2形貌,考察了纳米TiO2对甲基橙的光催化活性.XRD分析表明焙烧温度500℃时所得纳米TiO2为锐钛型晶相.UV-vis分析表明加表面活性剂时所制备纳米TiO2吸收发生红移,带隙能下降.不同形貌纳米TiO2具有不同的光催化活性,加SDS时所得立方形纳米TiO2的光催化活性高于其它样品.焙烧温度600℃时纳米TiO2对甲基橙的光催化活性最强.     

TiO2纳米管与纳米线的光电化学研究

利用在钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaOH反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线.制备了TiO2纳米管和纳米线膜电极,并进行了光电化学测试.光电化学实验表明,混晶结构TiO2纳米管和纳米线显示出优良的光电转化性能.     

溶胶-凝胶法合成纳米TiO2粉体的研究进展

概述了利用溶胶-凝胶法合成纯纳米TiO2粉体时不同合成条件对制备结果的影响;综述了利用溶胶-凝胶法合成金属及非金属离子掺杂TiO2粉体、半导体复合纳米TiO2、贵金属沉积以及固体超强酸化纳米TiO2的研究现状,并指出不同方法提高光催化活性的机理在于促进电子-空穴的分离或改变能带及表面结构.针对制备纳米TiO2粉体中存在的问题,指出未来的研究方向应是提高TiO2催化活性的机理研究、可见光化纳米TiO2的制备以及工业化生产条件探索等.     

沉淀法制备纳米TiO2的技术与工业生产

采用廉价、简单的工艺方法制备高性能纳米TiO2,是现今工业化生产纳米TiO2技术所追求的主要目标.介绍了以硫酸法钛白生产过程中的中间产物硫酸氧钛或偏钛酸为原料,采用直接沉淀法和均匀沉淀法制备纳米TiO2,通过对两种制备工艺的及几种中试方案的比较,提出了纳米TiO2工业化生产的原料与技术路线,对存在的问题及解决方法进行了介绍.     

纳米TiO2在环境领域应用的研究进展

纳米TiO2作为光催化剂在废水废气净化、抗菌环保等领域有着广泛的应用.简述了纳米TiO2的液相制备方法,总结了纳米TiO2在环境领域应用的研究进展及其发展方向.     

TiO2纳米结构在染料敏化太阳电池中的应用

利用纳米结构材料作为光阳极制备的染料敏化太阳电池被称为纳米结构染料敏化太阳电池(NDSSC).一般而言,它由纳米结构金属氧化物半导体的光阳极、染料敏化剂,电解质和对电极等几个部分组成.目前,纳米结构光阳极的研究主要集中在如何优化设计和成功制备各种纳米结构的光阳极材料,以改善NDSSC的光电转换性能.本文着重介绍了各种TiO2纳米结构,例如TiO2晶粒薄膜、TiO2准一维纳米结构、TiO2纳米复合物膜层、TiO2核-壳纳米结构、TiO2量子点敏化结构以及串联电池结构等在NDSSC中的应用,并评论了它们最近的主要研究进展.     

乙二醇溶剂热法制备纳米TiO2

用乙二醇溶剂热法制备了锐钛矿相纳米TiO2,用X射线粉末衍射(XRO)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析(TG-DTA)和透射电子显微镜(TEM)对制备的样品进行了表征,研究了乙二醇浓度、含水量、反应温度和反应时间对纳米TiO2晶型和晶粒尺寸的影响.结果表明:所得的纳米TiO2粒径分布窄,单分散性好.随着溶剂热反应温度的升高,纳米TiO2的晶粒尺寸逐渐变大,但随着溶剂热反应时间的延长,纳米TiO2的晶粒尺寸却几乎不变.     

有序蘑菇状负载型纳米TiO_2光催化剂制备

为了解决TiO2光催化剂分散性差、难回收、难固定等问题,提出一种利用有序纳米结构作为载体的负载型催化剂制备技术,来制备三维纳米TiO2光催化剂.利用SiO2和SiNx材料具有不同刻蚀选择比的特点,首先将SiO2纳米球(直径60～90 nm)作为掩模刻蚀衬底上的SiNx薄膜.然后将刻蚀形成的结构作为载体,利用磁控溅射技术在其上制备TiO2薄膜.实验结果表明,样品经刻蚀后形成由SiNx纳米柱和SiO2纳米扁球组成的三维纳米载体,所制备的TiO2分散地负载在该纳米载体上,形成一种由TiO2、SiO2和SiNx构成的蘑菇状三维纳米复合体系.这种通过纳米球刻蚀结合镀膜的方法是制备纳米载体及三维纳米负载型催化剂的技术之一,利用该技术制备的负载型催化剂分散性好、易于回收和重复利用.     

TiO2纳米管的制备及应用研究

TiO2纳米管的制备与应用研究引起了科学家极大的兴趣,特别是TiO2纳米管在太阳能电池、光催化领域显示了广阔的应用前景.介绍了近年来TiO2纳米管的制备方法,并重点评述了TiO2纳米管在太阳能电池、光催化、光裂解水、气敏传感等方面的研究进展,展望了其发展方向.     

ZnS在TiO2纳米管上的分散对其光催化降解染料废水的影响

水热法制备了TiO2纳米管,并采用简单加热回流的方法制备了ZnS/TiO2纳米复合材料。采用TEM、XRD分析手段对产物进行表征,并对其光催化降解酸性玫瑰红B(AR)染料废水进行了研究。考察了反应物供给速率、硫化锌复合量、催化剂稳定性、光照对光催化降解效果的影响。研究表明控制反应物供给速率和硫化锌的负载量可使硫化锌在二氧化钛纳米管表面均匀分散。当染料废水初始浓度为10mg/L,ZnS:TiO2=8:1时,ZnS/TiO2复合材料光催化活性最高。且催化剂稳定性较好。     

二氧化钛纳米粒子对胺类化合物的光催化降解

研究了晶粒粒径相近的金红石相、锐钛矿相和混晶纳米二氧化钛对苯胺、甲萘胺和邻氯苯胺3种物质的光催化降解。结果表明,晶粒粒径相近的金红石相和锐钛矿相二氧化钛纳米粒子对胺类化合物的光催化效果相近,特别是在反应的开始阶段,两者的差异很小;随着反应时间的增加,金红石相纳米二氧化钛的催化能力稍优于锐钛矿相纳米二氧化钛。成分不同的混晶的催化能力相差较大,随着混晶中的金红石相含量增加,催化剂的催化效果有了显著的提高。实验中还发现,不同的催化剂对苯胺、甲萘胺和邻氯苯胺3种物质同时催化过程中,3种有机物降解程度的顺序均为甲萘胺>邻氯苯胺>苯胺。     

二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析

采用溶剂热法合成具有高结晶性与单分散性的TiO₂纳米棒. 采用TEM、XRD、HRTEM等对样品的微观结构进行表征, 并考察了TiO₂纳米棒对亚甲基蓝的光催化性能. 通过控制反应时间、反应温度, 研究纳米棒的形貌演变规律.结果表明, 可以通过“奥斯特瓦尔德熟化”和“取向接触”两种晶体生长过程制备出棒状TiO₂纳米晶, 降低纳米晶的表面能是晶体生长与形貌演变的主要驱动力; 高结晶性的TiO₂纳米棒具有高于P25的光催化能力.     

BiNbO4纳米棒的制备及光催化性能研究

采用共沉淀法制备BiNbO4纳米棒。利用X射线粉末衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和热重分析(TG/DTA)对其结构、形貌和性质进行表征,并通过紫外-可见分光光度计分析BiNbO4纳米棒光降解罗丹明B来研究其光催化活性。结果表明以五氧化二铌和五水硝酸铋为原料制备得到正交相结构的BiNbO4纳米棒;BiN-bO4纳米棒具有较高的光催化活性,在紫外光下,pH值=3.05,催化剂用量为2g/L时能够有效地降解罗丹明B,降解率受到光源、催化剂浓度和溶液pH值的影响较大。     

Photocatalytic decompositions of gaseous HCHO over Ag/TiO2 nanotube arrays

TiO2 nanotube arrays prepared by electrochemical anodization method attract considerable interest as a practical air purifier, as the nanotube arrays may form a TiO2 film with a porous surface and straight gas diffusion channel. Here, the TiO2 and Ag/TiO2 nanotube arrays with different Ag amount are used to degrade gaseous HCHO pollutants. The photocatalytic results confirm that the HCHO-degrading efficiency of the TiO2 nanotube arrays may vary with the amount of Ag nanoparticles, and the Ag amount within a certain range significantly improves the degradation rate of HCHO molecules. The main final product after HCHO degradation is detected to be CO2. Ag nanoparticles effectively act as electron trappers prohibiting the recombination of photo-excited electrons and holes, hence increasing the photocatalytic efficiency. However, excessive Ag nanoparticles form new recombination center of photo-excited electrons and holes to decrease the photocatalytic efficiency.     

泡沫镍负载TiO2和TiO2/Al2O3薄膜的光催化性能研究

以泡沫镍为载体，Al2O3作为过渡中间层，用溶胶-凝胶法在泡沫镍上负载锐钛矿相的TiO2薄膜，制成泡沫金属基的TiO2和TiO2／Al2O3光催化剂，利用XRD和FE-SEM等测试手段对其性质进行表征，用乙醛气体的光催化降解测试其活性．研究表明：泡沫镍负载的TiO2和TiO2／Al2O3薄膜具有良好的光催化活性，特别是TiO2／Al2O3薄膜具有更高的催化活性．这是由于负载的Al2O3过渡中间层增大了载体的比表面积，具有吸附浓缩作用，同时也增加了负载光催化剂的活性位数量．实验表明：TiO2／Al2O3薄膜的光催化活性和稳定性较单一的TiO2薄膜有非常显著的提高．     

Template-free formation of vertically oriented TiO2 nanorods with uniform distribution for organics-sensing application

High-density arrays of vertically oriented TiO(2) nanorods with uniform distribution on Ti foil have been formed through template-free oxidation of Ti in hydrogen peroxide solutions. Subsequent thermal treatment was applied for growing mixed crystal structures to pursue higher performance. Morphology characterization using field emission scanning electron microscopy (FESEM) shows a nanorod diameter in the range of 20-50 nm with a length of 1.5 μm. X-ray diffraction (XRD) measurement demonstrates the crystallization of the TiO(2) nanorods prior to thermal treatment and the formation of anatase and rutile mixed phase after thermal treatment. The mixed crystal TiO(2) nanorods show a much higher performance than pure anatase in photoelectrochemical experiments. Steady-state photocurrent resulted from photocatalytic oxidation of organic compounds by TiO(2) nanorods is employed as response signal in determination of the organics to yield a linear range of 0-1.1mM for glucose. For other organics, an excellent linear relationship between the net steady-state photocurrent and the concentration of electrons transferred in exhaustive oxidation for these organics is obtained, which empowers the mixed crystal TiO(2) nanorods to serve as versatile material in organics-sensing application.     

Development of photocatalytic TiO2 nanofibers by electrospinning and its application to degradation of dye pollutants

We have developed photocatalytic TiO2 nanofibers for the treatment of organic pollutants by using electrospinning method. We found that the optimized electrospinning conditions (electric field and flow rate) were 0.9 kV cm(-1) and 50 microL min(-1). After annealing at 550 degrees C for 30 min, we fabricated TiO2 nanofibers (average 236 nm thick) with anatase crystalline phase. To increase photocatalytic activity and effective surface area, we coated photocatalytic TiO2 particles on the TiO2 nanofibers by using sol-gel method. The degradation rate (k'=85.4x10(-4) min(-1)) of composite TiO2 was significantly higher than that (15.7x10(-4) min(-1)) of TiO2 nanofibers and that (14.3x10(-4) min(-1)) of TiO2 nanoparticles by the sol-gel method. Therefore, we suggested that the composite TiO2 of nanofibers and nanoparticles be suitable for the degradation of organic pollutants.     

高活性多孔纳米TiO2的制备及协同光催化作用机理的探讨

本文采用新的合成工艺制备了一种多孔纳米TiO2粉体材料,具有很高的光催化活性,在365nm的中压汞灯幅照下,仅17分钟就使甲基橙溶液(50mg/L)的降解率达99.6%以上;实验发现,在光幅照停止后仍然存在降解的暗反应,且前快后慢;首次提出在锐钛矿型TiO2基质中,存在极少量的金红石型TiO2可产生协同光催化降解作用,有利于光催化活性的提高.     

Photodegradation of acetaminophen in TiO(2) suspended solution

This study investigated the photocatalytic degradation of acetaminophen (APAP) in TiO(2) suspended solution under a 250 W metal halide lamp. The influence of some parameters on the degradation of acetaminophen was studied and described in details, such as initial APAP concentration, initial pH value and TiO(2) dosage. After 100 min irradiation, about 95% of APAP is decomposed in the 1.0 g L(-1) TiO(2) aqueous solution with an initial concentration of 100 micromol L(-1). The effect of adsorption at three different pH values has also been analyzed and it has been conducted that pH 3.5, at which APAP was readily adsorbed also degraded at a faster rate. Reaction rate at pH 6.9 and pH 9.5 was 2.84 and 2.96 microM min(-1), respectively. Direct hole (h(+)) oxidation and ipso-substitution was found to be the main initial step for APAP degradation. Main reaction intermediates and products were identified by GC/MS analysis. The mechanism of acetaminophen photocatalytic degradation in TiO(2) suspended solution was studied not only experimentally but also theoretically by calculating the frontier electron density of APAP. The results obtained indicated that TiO(2) photocatalytic degradation is a highly effective way to remove APAP from wastewater and drinking water without any generation of more toxic products.