TiO2纳米管的制备及光催化性能

TiO2纳米管具有优异的光催化性和光电转换特性,在光电催化降解污染物方面有很好的应用前景。本文介绍了TiO2纳米管的制备方法及形成机理,重点阐述了提高TiO2光催化性能所采用的过渡金属离子掺杂、稀土元素掺杂、贵金属沉积、复合半导体、有机染料光敏化的方法。     

W掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能

本文以钛酸丁酯Ti（OC4H9）4和钨酸铵（NH4）6W7O24·6H2O为原料,制备W掺杂的TiO2纳米粒子,用XRD、TEM和IR进行表征,以罗丹明B的光催化降解对其光催化性能进行了研究,表明掺杂使TiO2纳米粒子的光催化活性显著增强。     

MWCNT/TiO2复合材料光催化活性研究

以多壁碳纳米管(MWCNT)为基核,以钛酸丁酯为前驱体,分别用溶胶-凝胶法和水热法制备碳纳米管/二氧化钛纳米复合光催化材料.用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对样品进行了表征,研究了溶胶-凝胶法和水热法工艺的控制对碳纳米管/二氧化钛复合光催化剂显微组织及性能的影响.以甲基橙为目标降解物,考察了样品的自然光催化活性.结果表明,所得复合粉体中仅有碳纳米管和锐钛型二氧化钛两种物相,其中采用水热法所得样品,其纳米级的球形二氧化钛颗粒可均匀吸附在碳纳米管表面.     

纳米TiO2光催化条件对乙烯降解性能的影响

目的 研究光源、乙烯初始浓度等反应条件对纳米TiO2光催化降解乙烯气体的影响,为纳米TiO2脱除乙烯的实际应用提供参考。方法 向密闭反应器中加入纳米TiO2和乙烯气体,在室温下稳定后,设置光源和光照强度,对反应器进行照射,利用气相色谱法检测乙烯的浓度,计算乙烯的降解率;研究紫外光波长、光强度、乙烯初始浓度、纳米TiO2添加量对乙烯降解效率的影响。结果 在254 nm的紫外光照射下,乙烯的降解率最大,反应2 h后,降解率高达95.92%;光源距离越短,光强度越高,当光强度大于28.00 W/cm2时,乙烯降解率随光强度的增加急剧上升;乙烯的降解率随着乙烯初始浓度的增大而降低;TiO2添加量在0.05~0.5 g内时,乙烯的降解率随着纳米TiO2添加量的增加而增大,并随着时间的延长逐渐趋于稳定。结论 紫外光波长越短,光强度越高;乙烯初始浓度越低,纳米TiO2的添加量越多,乙烯的降解率越大。     

CNTs/TiO2复合物制备及光催化性能研究

在不使用表面活性剂的情况下, 采用溶胶-凝胶法成功制备CNTs/TiO₂复合物, 利用XRD、TEM、HRTEM和SAED对样品的结构和形貌进行了表征。选取亚甲基蓝溶液为目标降解物, 利用紫外-可见(UV-Vis)分光光度计考察了CNTs/TiO₂复合物的光催化活性, 系统研究了CNTs掺杂量对催化降解效率的影响。实验结果表明: 经450℃煅烧, 锐钛矿相TiO₂通过C-O-Ti键均匀地涂覆在CNTs表面, TiO₂颗粒尺寸约16 nm。CNTs/TiO₂复合物光催化活性明显高于纯TiO₂, 当CNTs掺杂量为1wt%时, CNTs/TiO₂复合物对亚甲基蓝的催化降解效率最高, 比纯TiO₂提高11.7%。     

原位掺杂Al/Si纳米TiO2粉体的制备及其光催化性能

纳米二氧化钛是一种重要的无机功能材料.以化学沉淀法制备了纳米TiO2以及Al/Si原位掺杂纳米TiO2粉体,利用透射电镜（TEM）、差热式扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）以及X光电子能谱仪（XPS）对粉体粒子的形貌、大小、物相和组成进行了分析.采用浸渍提拉法制成均匀致密的膜,以光催化降解亚甲基蓝溶液为模型反应,研究了无机掺杂元素对其光催化性能的影响.研究结果表明,Al/Si掺杂TiO2的分散性得到了提高,并增强了其光催化活性.     

Pt／TiO2纳米粒子的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了掺杂Pt的TiO2粉末，利用紫外可见光谱对粉末的光吸收性能进行了表征，并分别在模拟日光和可见光下考察了其光催化氧化对．硝基苯酚的活性。结果表明，掺杂Pt以后TiO2粉末的光谱吸收范围被拓展至可见光，光催化活性也明显提高。在模拟日光照射下，以光催化活性较好的Pt／TiO2粉末为催化剂降解对．硝基苯酚，4h后对-硝基苯酚的转化率为93．7％，其反应是一级反应。     

TiO_2纳米纤维的改性及其光催化性能研究

采用单针头静电纺丝技术,结合浓碱水热处理及煅烧过程制备出了具有特殊形貌的一维二氧化钛(TiO2)纳米纤维。通过SEM、BET、XRD和UV-Vis DRS等对其形貌、比表面积、晶型和吸光性能进行了表征。结果表明处理后纳米纤维具有"毛刺"状的特殊形貌,其比表面积随着煅烧温度的升高而降低,得到的TiO2纳米纤维为锐钛矿相。以罗丹明B为降解源,通过1h全波段光照降解实验结果表明,浓碱处理后煅烧温度为500℃时降解率最高,可达94.3%,是未处理TiO2纳米纤维的1.33倍。     

纳米TiO2微球的制备及光催化性能研究

以钛酸四丁酯为前驱体,在油酸和正己烷的混合溶剂中,采用溶剂热技术成功地合成了纳米TiO2微球.以X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等方法对产物进行了表征,并对其光催化降解甲基橙溶液的性能进行了研究.实验结果表明:纳米TiO2微球的平均尺寸约为60nm,其中含有粒径平均约4.5nm的超细粒子.此种结构趋向于高的比表面积,与P-25型光催化剂相比,两者对甲基橙溶液的脱色具有相近的光催化活性.     

纳米TiO2/硅藻土复合材料光催化降解作用研究

以硅藻土为载体, 四氯化钛为前驱体, 采用水解沉淀法制备了纳米TiO₂/硅藻土复合材料。结合XRD、SEM、氮气吸脱附等表征手段, 探究了复合材料对罗丹明B的光催化性能, 对影响复合材料光催化性能的因素进行了研究。结果表明: 锐钛矿型纳米TiO₂以团聚体和分散状负载于硅藻土表面。催化剂用量、染料溶液pH、无机离子、光照强度等因素都会在不同程度上影响TiO₂/硅藻土复合材料的光催化性能。在染料初始浓度为10 mg/L, 催化剂用量1.0 g/L, 紫外光强度为300 W, 光照60 min的条件下, 罗丹明B光催化降解率达到99.8%。     

煅烧温度对TiO2/硅藻土晶型结构与光催化性能的影响

以多孔非金属矿物硅藻土为载体, 钛酸四丁酯为前驱体, 采用溶胶–凝胶法制备TiO₂/硅藻土复合光催化材料。通过X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis spectroscopy)等方法对硅藻土及不同温度处理得到的复合样品的晶体结构、表面性能及形貌进行表征。结果表明: 载体硅藻土能够提高TiO₂的晶型转变温度, 并且使TiO₂纳米颗粒分散均匀, 有效抑制了团聚行为的发生。以10 mg/L的罗丹明B溶液为目标降解物, 250 W汞灯为光源, 研究不同热处理温度对TiO₂/硅藻土复合材料的光催化活性的影响。结果表明: 750℃煅烧2 h的样品光照120 min对罗丹明B的去除率接近100%, 与Degussa P25的去除率相当。此时样品中具有两种TiO₂晶型(A:R=9:1), 说明TiO₂的混晶效应能够有效地抑制光生电子-空穴复合, 使样品具有比单一锐钛矿型TiO₂更好的光催化性能。     

可见光诱导TiO2光催化及其机理研究进展

简述了二氧化钛的光催化机理。针对其禁带宽度较大,只能被小于387nm的紫外光所激发的缺点,综述了近年来国内外针对纳米TiO2可见光催化的改性方法和改性机理研究进展,包括离子掺杂、半导体复合、表面光敏化等方法。最后展望了提高纳米TiO2可见光光催化活性研究的前景。     

磁性纳米TiO2／NiFe2O4光催化复合材料的制备及表征

采用均匀沉淀法在磁性NiFe2O4表面包覆TiO2,制备了一种新型纳米TiO2／NiFe2O4光催化复合材料。通过改变Ti和Ni物质量之比确定了复合材料最佳钛镍比,用X射线衍射、透射电镜、UV—vis漫反射、BET、TG—DSC、磁力学测试等手段对复合材料进行了表征,以甲基橙的水溶液为模拟污染物,评价样品的光催化性能：该复合材料在光照2h后,甲基橙的脱色率可达98．5％,是一种在可见光范围内有响应、便于回收、可重复使用的高效光催化剂。     

复合模板剂自组装制备混晶纳米TiO2介孔材料及其性能研究

采用TiCh为原料,以十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）、聚乙二醇（PEG400、PEG6000）及十二烷基苯磺酸钠（SDBS）两两组合为复合模板和结构导向剂,利用常压液相-水热合成两步反应制备了纳米混晶TiO2介孔材料。XRD分析结果表明,产品为金红石-锐钛矿的混晶结构;TEM观察,样品是由均匀球形颗粒组装成的无序介孔材料,一次粒径约为10～15nm;N2吸附-脱附等温曲线形状为Langmuir Ⅳ型,是典型的介孔结构吸附-脱附等温线,最可及孔径约为11nm。光催化性能实验表明,在40W目光灯照射60min后,该系列介孔材料可有效的降解工业废水中的有毒氰根含量和有机染料。研究结果还表明,采用CTAB-SDBS作为复合模板和结构导向剂时制得的介孔材料的孔结构和光催化降解性能较好。     

Pt负载型二氧化钛纳米管/纳米晶复合光催化剂的制备及其光催化性能

结合强吸附能力与高光催化活性的催化剂有望更有效地除去废水中的污染物. 以Degussa P25二氧化钛为原料, 采用水热法制备了二氧化钛纳米管(简称为TNTs), 将TNTs加入到溶有氯铂酸和柠檬酸(还原剂)的无水乙醇中, 在蒸汽相水解装置中通过一步法制备了Pt负载型二氧化钛纳米管/纳米晶复合光催化剂. 蒸汽相处理过程中, 部分纳米管转变为锐钛矿相TiO₂, 仍有部分以管的形式存在, 使纳米复合物保留了较高的吸附能力. 利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面及孔隙度分析仪等方法对产物进行了表征. 结果表明, 粒径约为4 nm的金属性Pt较好地分散在TNTs及由纳米管转变而来、晶粒尺寸约为8 nm的锐钛矿相TiO₂晶粒表面, 复合物保留了高于216 m²/g的比表面积. 光催化降解染料酸性红及亚甲基蓝的实验结果表明, 纯管有较好的吸附能力, 但是光催化性能非常低, 经120℃蒸气处理并负载贵金属Pt后光催化活性有了显著的提高.     

NiFe2O4/TiO2纳米棒阵列薄膜光电化学性能和光催化性能研究

用水热法制备一维有序纳米棒状TiO₂薄膜(TiO₂ NRAs), 并采用浸渍沉积煅烧得到NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs。借助SEM、TEM、XRD、Raman、XPS、UV-Vis等对样品的物相和形貌结构进行了表征, 结果表明: NiFe₂O₄纳米颗粒均匀沉积在金红石相TiO₂ NRAs表面, 使TiO₂光谱吸收范围拓展至可见光区。利用电化学工作站对其光电转换性能进行研究, 发现NiFe₂O₄改性后的TiO₂在可见光下光电流响应显著增大, 在电压-电流曲线和电流随时间开关灯变化中, NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs的光电流密度分别是纯TiO₂ NRAs的12倍和8倍。NiFe₂O₄/TiO₂ NRAs可见光下降解偏二甲肼(UDMH)的效率是单纯TiO₂ NRAs降解率的3倍, 并对光催化降解机理进行了探讨。     

离子液体中纤维素/TiO_2复合材料的制备及其性能

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑氯盐BMIMCl为反应介质,钛酸丁酯作为钛前驱物,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2,并将其负载在纤维素上,制备纤维素/TiO_2复合材料。采用单因素实验对反应条件进行优化,用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)、紫外光漫反射(DRS)及热分析仪(TG)对复合材料结构及性能进行表征。以紫外光为光源,研究纤维素/TiO_2复合材料对甲基橙水溶液的光催化降解性能。结果表明:采用离子液体BMIMCl作为反应介质,可在常温常压下制备出高活性的光催化复合材料;TiO_2负载于纤维素后的复合材料对甲基橙的降解率在80min达到97.09%,与未负载的纳米TiO_2光催化剂相比,复合材料对甲基橙的降解率提高了37%。纤维素/TiO_2复合材料重复利用4次后对甲基橙的降解率仍能达到62.66%。     

B掺杂TiO2光催化剂的制备和光催化性能

采用溶胶-凝胶法合成了B掺杂的TiO₂光催化剂,并用XRD、SEM、XPS、FT-IR、BET等手段进行了表征。结果表明,掺杂B可抑制TiO₂晶体的长大,对TiO₂表面形貌没有显著的影响,B-TiO₂催化剂的比表面积随着B离子掺杂量的提高而增大;B离子主要进入晶格间隙并与TiO₂晶体形成固溶体,以B-O-Ti结构存在。B掺杂量（质量分数）为3%时,制备出的TiO₂光催化剂对甲基橙的降解效果最好。N₂吸附-脱附结果表明,3%B-TiO₂的BET比面积为127.84 m²/g、平均孔径为10.53 nm。     

TiO2/沸石复合物结构与光催化性能

利用天然沸石作载体制备TiO₂/沸石复合物光催化材料,从晶相分析和热分析证实以TiCl₄为钛源,锐钛矿在水相体系中可直接在沸石表面生成,并牢固结合,同时引起沸石矿物结构的调整.实验研究了在阳光照射下光催化材料对甲基橙和亚甲基蓝的分解脱色效果,不需高温处理的样品光催化性能优于经高温处理的,脱色率接近100％,结合牢固,并可重复使用.