掺杂TiO2的光催化性能研究

在TiO2中掺入杂质离子是改善TiO2光催化活性的重要方法，不同方式的掺杂能不同程度地提高TiO2的光催化性能，使TiO2光催化剂在优化降解大气和水中的污染物等方面具有十分广阔的应用前景。本文对近年来利用金属离子、非金属离子、多离子等掺杂方式提高TiO2的光催化性能研究现状进行综述。     

金属离子掺杂TiO2薄膜的光催化性能研究

在TiO2薄膜中掺入杂质离子是改善TiO2薄膜光催化活性的重要方法，不同金属离子的掺杂能不同程度的提高TiO2薄膜的光催化性能，使TiO2薄膜光催化剂在优化降解大气和水中的污染物等方面具有十分广阔的应用前景。本研究对近年来利用各种金属离子掺杂方式提高TiO2薄膜光催化性能的研究现状进行了综述。     

掺杂Y^3＋的纳米TiO2微粒的制备及其光催化性能

在Sol-Gel法制备纳米TiO2微粒的最佳制备条件的基础上，制备了掺杂稀土离子钇(Y^3 )的纳米TiO2复合粒子，并对这二者进行了XRD，TEM和DRS表征及光催化活性检验。结果表明，未经掺杂的TiO2与掺杂稀土Y^3 的TiO2均为锐钛和金红石的混合晶型，锐钛和金红石的比例约为3：1；掺杂抑制了TiO2晶粒的生长，使得TiO2粒径明显变小，其颗粒大小为10nm左右。用DRS表征微粒的光吸收能力和光吸收带边移动情况，发现掺杂导致了TiO2光吸收能力增强及吸收带边红移。通过对苯酚的光催化氧化降解研究，发现当Y^3 掺杂量(按质量)为1．5％时，TiO2光催化活性最高，与未掺杂的TiO2相比，其光催化活性提高约20％。     

Mo的掺杂方式对TiO2光催化活性的影响

通过溶胶凝胶法制备了以不同方式和不同浓度掺Mo的TiO2薄膜.通过X射线衍射(XRD)、UV-VIS透射光谱、电化学阻抗谱分析了Mo对TiO2薄膜晶粒结构、光吸收性能、阻抗的影响.甲基橙光催化降解实验表明,钼的最佳掺杂方式为在薄膜底层掺杂,在表层及体相掺杂的效果均比未掺杂的TiO2差;其中以Mo的摩尔分数为1.0%、在薄膜底层掺杂时TiO2薄膜的光催化活性最佳.并从载流子分离效率方面讨论了掺杂方式及掺杂浓度对光催化活性的影响.     

Zr和N共掺杂TiO2的制备、表征及其光催化性能

利用水解沉淀法制备TiO2、N-TiO2、Zr-TiO2以及Zr和N共掺杂的纳米TiO2,用TEM、XRD、XPS和UV-Vis-DRs等方法对光催化剂的结构、元素组成和对可见光的响应等性能进行表征,并以甲基橙为目标降解物,测试其光催化降解效果。结果表明,Zr掺杂能够降低TiO2光催化剂的粒径;Zr和N共掺杂可以起到协同作用,提高样品的光催化活性,同时增强样品在可见光区的响应。Zr和N共掺杂TiO2在高压汞灯光照下比TiO2具有更好的光催化效果,2%Zr和N共掺杂TiO2光照3h后对甲基橙的降解率比纯TiO2提高32%。     

掺杂锌提高TiO2光催化薄膜的杀菌功能

采用溶胶-凝胶法,利用旋涂技术,以钠钙硅酸盐玻璃为基片制备了掺杂锌的TiO2薄膜,并研究了醋酸锌含量及热处理温度对二氧化钛薄膜光催化性和杀菌性能的影响.掺杂锌提高了甲基橙在紫外线照射下的光催化降解效率,也改进了对大肠杆菌的杀菌能力.利用AFM观察了掺杂锌TiO2薄膜的形貌和粗糙度.掺杂锌量为4%,在550℃下热处理的4层TiO2薄膜具有较高的性能.     

Photocatalytic Properties of TiO2 Thin Films Prepared by Microarc Oxidation

在微弧氧化法制备TiO2光催化薄膜的过程中, 采用向电解液中添加氧化物的方法对薄膜进行改性. 实验结果表明, 过渡金属、重金属及稀土元素掺杂可在不同程度上影响薄膜的光催化性能, 其中, V, Ag, Ce元素掺杂可使光催化120 min的降解率提高10%以上. 采用半导体掺杂也能很好地提高TiO2薄膜的光催化性能, 其中以SnO2效果最好. 实验表明, V2O5添加量在0.5 mmol/L或SnO2添加量在1.0 mmol/L时, 生成的TiO2薄膜光催化效果最好. XRD及SEM分析表明, 掺杂不改变TiO2晶型, 改性后的TiO2光催化薄膜增厚, 微弧放电形成的孔道变小, 表面积增加.     

微弧氧化+电解液修饰法制备TiO2薄膜的光催化性能

在微弧氧化法制备TiO2光催化薄膜的过程中,采用向电解液中添加氧化物的方法对薄膜进行改性.实验结果表明,过渡金属、重金属及稀土元素掺杂可在不同程度上影响薄膜的光催化性能,其中,V,Ag,Ce元素掺杂可使光催化120min的降解率提高10%以上.采用半导体掺杂也能很好地提高TiO2薄膜的光催化性能,其中以SnO2效果最好.实验表明,V2O5添加量在0.5mmol/L或SnO2添加量在1.0 mmol/L时,生成的TiO2薄膜光催化效果最好.XRD及SEM分析表明,掺杂不改变TiO2晶型,改性后的TiO2光催化薄膜增厚,微弧放电形成的孔道变小,表面积增加.     

N掺杂TiO2薄膜光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法，以Ti（OC4H9）4和氨水等为原料制备纯二氧化钛、N掺杂以及N，Zn^2＋共掺杂的二氧化钛光催化薄膜。用X射线衍射和X光电子能谱等对薄膜进行了表征，紫外光和可见光下催化剂降解甲基橙溶液的实验结果表明，掺杂TiO2薄膜比无掺杂TiO2薄膜的光催化效率明显提高，并且可见光下对甲基橙溶液有一定的光催化活性，但Zn^2＋的存在对掺杂薄膜的光催化效率没有显著改善。分析原因可能是N掺杂在价带和导带之间形成了缺陷能级，减小了TiO2的禁带能隙，从而使TiO2的吸收带发生红移，实现可见光响应。     

无机阴离子掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用溶胶，凝胶法在玻璃基片上制备掺杂钼酸根离子（MoO4^2-）、高锰酸根离子（MnO4^2-）、钨酸根离子（WO4^2-）和锡酸根离子（SnO3^2＋）等复杂无机阴离子的二氧化钛光催化薄膜。光催化实验表明钼酸根离子、高锰酸根离子和钨酸根离子的掺杂都在不同程度上降低了薄膜的光催化性能，掺杂浓度不同对薄膜光催化性能的影响略有不同，而掺杂浓度为0.006mol．L^-1的锡酸根离子可以提高薄膜的光催化活性。利用傅立叶红外光谱研究了掺杂复杂无机阴离子对纳米二氧化钛表面结构的影响，结果表明SnO3^2-掺杂后TiO2的晶格振动峰出现明显的宽化，分析认为SnO3^2-通过热分解产生SnO2，抑制TiO2粒子在热处理过程中生长，有利于形成更细小的晶体，从而提高其光催化活性。     

表面修饰TiO2光催化薄膜的表征

利用射频磁控溅射技术，以Ar和O2气混合气体为溅射气体在载玻片上制备了锐钛相TiO2薄膜。为了提高Ti02薄膜的光催化活性，在TiO2薄膜表面进行了钽修饰。利用X射线衍射(XRD)，原子力显微镜(AFM)和UV-VIS-NIR分光光度计等技术对薄膜进行了表征。结果表明：对TiO2薄膜的表面进行适量的Ta元素修饰可以提高其光催化活性。     

Recent progress in Li-ion batteries with TiO_2 nanotube anodes grown by electrochemical anodization

Self-organized titanium dioxide(TiO_2) nanotubes,which are prepared by electrochemical anodizing,have been widely researched as promising anodes for Liion batteries.Both nanotubular morphology and bulk structure of TiO_2 nanotubes can be easily changed by adjusting the anodizing and annealing parameters.This is provided to investigate different phenomena by selectively adjusting a specific parameter of the Li+insertion mechanism.In this paper,we reviewed how the morphology and crystallography of TiO_2 nano tubes influence the electrochemical performance of Li+batteries.In particular,electrochemical performances of amorphous and anatase titanium dioxide nanotube anodes were compared in detail.As we all know,TiO_2 nanotube anodes have the advantages of nontoxicity,good stability,high safety and large specific surface area,in lithium-ion batteries.However,they suffer from poor electronic conductivity,inferior ion diffusivity and low theoretical capacity(335 mAh·g~(-1)),which limit their practical application.Generally,there are two ways to overcome the shortcomings of titanium dioxide nanotube anodes,including doping and synthesis composites.The achievements and existing problems associated with doped TiO_2 nanotube anodes and composite material anodes are summarized in the present review.Based on the analysis of lithium insertion mechanism of titanium dioxide nanotube electrodes,the prospects and possible research directions of TiO_2 anodes in lithiumion batteries are discussed.     

Surface Characteristics and Indentation Deformation of Porous Anodic TiO2 Layer Before and After Hot Water Treatment

Hot water treatment was performed to modify the surface of porous TiO2 layer prepared by anodic spark oxidation technique for better biocompatibility.The oxide layer without water treatment exhibited a porous surface with few nanometer features and consisted of poorly crystallized oxides.During water treatment,the poorly crystallized oxides were transformed into crystalline anatase gradually and numerous nanoparticles formed on the oxide surface,leading to increased surface roughness at the nanoscale.The indentation deformation behaviors of oxide layer before and after water treatment were investigated and compared.Results show that under the indentation load,the untreated anodic TiO2 layer exhibited good adhesion to the substrate.In contrast,after water treatment,apparent oxides pile-up and spallation were observed around the indentation,indicating decreased adhesion strength.     

抗菌元素对纳米TiO2涂层结构和性能的影响

目的为克服纳米氧化钛在黑暗条件下不具有抗菌效果这一缺点,使用抗菌金属元素Cu、Zn和Ag掺杂以提高其抗菌性能。方法利用大气等离子喷涂技术在钛合金表面制备Cu、Zn和Ag掺杂的TiO_2复合涂层。利用X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱仪(Raman)和场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),对涂层的物相组成和表面形貌进行表征。利用接触角测量仪、三位轮廓仪、电化学工作站和电感耦合等离子体原子发射光谱,对涂层的亲水性、表面粗糙度、耐腐蚀性能和抗菌离子释放情况进行表征。利用细菌和涂层共培养实验来评价涂层的抗菌效果。结果抗菌金属元素掺杂没有改变TiO_2涂层的主要相结构,涂层主要由金红石相组成。涂层具有微米级的表面粗糙度,表面由粒径小于50 nm的粒子组成。掺杂使TiO_2涂层的亲水性略有降低。Cu掺杂的涂层的耐腐蚀性能大幅提升,抗菌金属离子在各涂层中都可以释放,且Cu掺杂涂层中的释放量最高。与细菌共培养24 h之后,TiO_2涂层没有显示出抗菌效果,掺杂后涂层表现出优异的抗菌性能。在有水存在的条件下进行紫外光预辐照,可以显著提高TiO_2涂层的抗菌性能,且掺杂后的涂层在经过预辐照后抗菌性能的提升大于TiO_2涂层。结论抗菌金属元素掺杂不改变涂层结构,同时大幅提高了等离子喷涂TiO_2涂层在黑暗条件下的抗菌性能,紫外预辐照处理能够使没有抗菌性能的TiO_2涂层具备抗菌效果,也能进一步提升掺杂涂层的抗菌效果。     

通过氢还原热处理提升TiO2薄膜的抗菌性能

提升在可见光区间的抗菌效率一直是二氧化钛(TiO₂)抗菌性能研究的重要方向。采用脉冲激光沉积(PLD)制备TiO₂薄膜,并通过氢还原热处理的方法提升TiO₂表面的氧空位浓度从而增强其抗菌性能。结果发现,在以单晶氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为衬底时,生长的TiO₂薄膜为高度择优取向的锐钛矿相。生长温度越高,锐钛矿相的XRD衍射峰越强,薄膜越致密。将在600℃下生长的350 nm厚的TiO₂薄膜进行抗菌性能测试,发现其抗菌率约为86%。对样品进一步在4%H2氛围下进行还原处理,发现其抗菌率提升到约为97%。通过XPS、UV-Visible和PL测试,发现TiO₂经过还原热处理后在其表面形成更多的氧空位,在TiO₂带隙中形成氧空位缺陷能级,导致在可见光区域吸光性能增强,使其具有更高的抗菌性能。通过氢还原过程调控材料的缺陷组成,并研究TiO₂薄膜的光催化抗菌性能及抗菌机理。这种简易的调控TiO₂光吸...     

金属的光电化学方法防腐蚀原理及研究进展

自上世纪70年代以来,半导体特别是TiO2光电催化反应在诸多领域应用引起了广泛研究.近年来研究表明它可用于金属的阴极保护.文中对金属的光电化学方法防腐蚀的化学原理及研究现状进行了简要介绍.     

纳米颗粒TiO2化学复合镀层的功能特性

本文研究了化学镀Ni-P-TiO2(纳米颗粒)复合镀层的磁学性能和光催化性能。实验结果显示，纳米颗粒化学复合镀层是较好的高耐磨软磁材料；其光催化性能和粉体纳米TiO2不相上下。这些优越的性能展示了纳米颗粒复合镀层具有良好的应用前景。     

钛表面处理后表面能分析及对细胞附着的影响

采用微弧氧化（MAO）及水热合成（MAO-HS）法对纯钛表面进行处理，然后对其表面能进行分析，并观察成骨细胞在其表面的附着动力学变化及骨架蛋白表达。结果显示MAO表面能（50.6mj/m2）。细胞在MAO-HS表面的附着率明显高于MAO及Ti表面。细胞骨架蛋白在3种材料表面均表达良好，但彼此之间存在差异。因此钛有面采用微弧氧化及水热合成法处理后表面形貌及表面能发生改变，这种改变影响了细胞在其表面的生物为行为。     

Effect of substrate materials on rutile crystalline orientation in plasma-sprayed TiO2 coatings

TiO2 coatings are of technical importance owing to their promising applications to photocatalytical, electrical, optical and tribological coatings. Thermal spraying process has been widely used to deposit both metallic and nonmetallic coatings. During thermal spraying, spray particle at fully or partially melted condition is projected to a substrate and subsequently flattens, rapidly cools and solidifies. Therefore, a coating in lamellar structure is usually formed as a quenched microstructure. TiO2 coatings were deposited on different substrates through plasma spraying with fused-crushed powder in rutile phase as feedstock to reveal the crystalline orientation in the coatings. XRD results show that the coatings consist of rutile phase with a fraction of anatase phase, and the rutile phase presents a preferable crystalline orientation along [101] direction. It is found that the orientation factors of rutile phase in the thin coatings are significantly influenced by substrate materials. The thick coatings yield the same orientation factors of 0.22 to 0.23 on all substrates in spite of substrate materials. It is considered that the thermal properties of substrate materials are the dominant factors for the preferable crystalline orientation in rutile phase within plasmasprayed TiO2 coating.     

Characterization and photocatalytic activity for methylene blue degradation of iron-deposited TiO2 photocatalyst

Iron-deposited TiO2 was prepared by photo-reducing ferric ions. The photocatalytic activity of methylene blue degradation was enhanced after TiO2 was deposited with iron, and the optimum n(Fe)/n(Ti) is 0. 25%. TiO2 and iron-deposited TiO2 are anatase and rutile, and anatase is the dominant crystalline phase. In all samples, theXRD patterns indicate that there are no characteristic peaks of iron to be detected. XPS confirms that Fe^3 and Fe^2 are present on the surface of 0.5% iron-deposited TiO2, however they are not susceptible to XRD detection. The thermodynamics analysis shows that the alternative possibility of reduction from the Fe^3 /Fe^2 couple seems plausible, but Fe^2 can not be reduced to Fe. The fluorescence intensity weakens after iron is deposited on TiO2, because iron deposited traps photo-generated electrons and holes. The fluorescence intensity order of TiO2 and iron-deposited TiO2, from strong to weak, is in good agreement with that of photocatalytic reactiveness TiO2 and iron-deposited TiO2, from low to high.