纳米TiO2光催化材料的研究进展

根据近年来TiO2光催化技术的研究成果,对TiO2光催化剂的制备尤其是室温制备进行了详细地综述,并从粉体纳米化、可见光敏化及光催化性能的提高三个方面探讨了TiO2材料的研究发展趋势.最后对TiO2作为光触媒的发展及应用进行了展望.     

衬底对溶胶凝胶法制备TiO2薄膜性能的影响

以钛酸丁酯为前驱体,经浸渍拉膜法在不锈钢以及表面预镀一层非晶态SiO2薄膜的不锈钢表面镀TiO2薄膜.利用XRD、FE-SEM研究了薄膜晶体结构与表面形貌,同时研究了不同衬底上薄膜光催化活性和亲水性,并与以玻璃为衬底的作比较.结果表明,衬底对TiO2薄膜表面形貌及性能的影响很大.以不锈钢为衬底的TiO2薄膜性能光催化活性较弱,但在表面预镀一层非晶态SiO2后TiO2薄膜的光催化活性有所改善.     

磁控溅射制备纳米TiO2薄膜光催化降解苯酚的研究

采用射频磁控溅射方法分别在玻璃、A1片和ITO玻璃上制备出性能优良的TiO2纳米薄膜,研究了薄膜光催化性能.通过XRD、SEM和UV-Vis吸收光谱对薄膜进行表征,研究了不同退火温度和不同衬底对薄膜光催化性能的影响.结果表明:薄膜经500℃退火处理,TiO2由非晶转变为锐钛矿结构,并且退火后薄膜的紫外吸收波长发生红移,光催化降解性能提高;比较玻璃、ITO玻璃和A1为衬底制备的TiO2薄膜,以A1片为衬底的TiO2薄膜,由于形成Schottky势垒,光催化性更好.     

磷掺杂解决玻璃基TiO2光催化薄膜的钠扩散问题

采用溶胶-凝胶法在钠钙硅玻璃上制备了纯的和掺磷的TiO2薄膜,分别用AFM、XRD分析了薄膜的表面形貌和晶相组成.磷的掺入降低了TiO2锐钛矿相的结晶度,并且可以与从钠钙硅玻璃基片中扩散至薄膜的钠离子形成磷和钠的化合物,从而降低热处理过程中钠离子扩散对TiO2薄膜光催化活性产生的不利影响.利用罗丹明B作为光催化降解物质来表征TiO2薄膜的光催化活性,在相同的实验条件下,纯的TiO2薄膜的降解率为24.3%,掺磷5%的TiO2薄膜的降解率为50.3%.     

掺杂TiO2纳米膜光催化性能的研究进展

针对TiO2在实现清洁能源和净化环境方面的应用及其局限性,对各种类型掺杂TiO2薄膜的光催化性能进行了大量的研究.根据国内外近期在此领域的研究现状,综述了掺杂各种金属离子、非金属离子对TiO2薄膜的光催化活性机理的影响.掺杂主要是通过影响薄膜的晶相组成、能级、可见光响应范围等来改善光催化性能.对于TiO2薄膜,涂膜基体、热处理的制度和气氛等也有重要的影响.     

TiO2薄膜溅射工艺参数对其光催化性能的影响

利用中频交流反应磁控溅射方法制备TiO2薄膜光催化剂,研究了溅射工艺参数对薄膜光催化能力的影响.采用动态反应系统,紫外光源为TUV,降解对象为0.02 mmol/L亚甲基蓝溶液.结果发现:Ar/O2混合反应溅射在O2分压大于9%之后亦可制备出光催化能力与纯O2溅射相近的TiO2薄膜.TiO2薄膜厚度是影响其光催化降解能力的最敏感因素,800 nm以下TiO2薄膜降解能力基本与厚度成正比.TiO2薄膜在黑暗环境下长期放置,光催化性能会出现一定下降,但紫外光预照射可以使其有效恢复.     

离子辅助沉积法制备纳米TiO2光催化薄膜

利用离子辅助沉积工艺在玻璃基板上制备了纳米TiO2薄膜,考察了离子源电压和电流的变化对TiO2薄膜晶体结构、光催化活性和光学等特性的影响.结果表明,离子辅助沉积法制备的TiO2薄膜具有好的锐钛矿型晶体结构和高的光催化活性,其晶粒尺寸随着离子源能量的增大而减小.在离子源电压和电流为600V和1200mA时所制备的TiO2薄膜具有最好的光催化活性,对亚甲基蓝水溶液的降解率达到了92.3%.     

纳米TiO2/ZrxTi1-xO2异质结构薄膜的制备及其光催化性质

首次报道了采用溶胶-凝胶工艺制备TiO2/ZrxTi1-xO2异质结构光催化薄膜的新方法.薄膜样品的表面形貌、吸收光谱以及光催化性质的测试结果表明,在TiO2光催化薄膜与衬底之间引入ZrxTi1-xO2过渡层,很容易获得晶粒尺寸很小的纳米薄膜;其光催化活性和抗失活稳定性都有明显提高,且超过了Degussa P25薄膜.     

TiO2薄膜的结构和光催化活性研究

薄膜型的TiO2光催化剂克服了悬浮型的许多缺点,具有广阔的应用前景.阐述TiO2的结构及其影响因素;评述了晶型、晶粒尺寸、结晶度和晶格缺陷、表面积和表面预处理、表面羟基、温度、薄膜厚度、基体、光源及光强等因素对TiO2薄膜光催化活性的影响;探讨了提高TiO2薄膜光催化活性的措施,包括掺杂、贵金属沉积、半导体复合、表面光敏化等.指出需进一步研究的问题:加强影响因素的综合研究,探索最佳的工艺条件和反应条件;进一步提高TiO2薄膜的光催化效率;将光源种类从紫外光扩展到可见光;将TiO2薄膜的光催化性能同其它性能结合起来研究.     

Ag/TiO2薄膜结构和光催化性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了Ag掺杂的TiO2薄膜.用XRD、氮吸附法、UV-VIS-NIR分光光度计以及XPS对Ag掺杂后TiO2薄膜结构的变化进行了分析;用分光光学法通过在紫外光照下分解亚甲基蓝的实验比较了TiO2薄膜与Ag/TiO2薄膜的光催化性能.结果发现,掺杂适量的Ag有助于TiO2薄膜光催化氧化性能的提高,原因在于:（1）Ag通过引入耗尽层提高了TiO2的电荷分离能力,并吸引空穴向薄膜表面移动,结果使薄膜表面空穴的浓度提高,薄膜光催化效率提高;（2）Ag减小了TiO2粒子的粒径,使TiO2禁带宽度增大,薄膜光催化氧化的能力提高;（3）Ag掺杂后,TiO2薄膜表面对-OH基和水的吸附增加,使光照后TiO2薄膜表面活性自由基·OH的浓度增加,空穴向薄膜所吸附物质的转移能力提高.     

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90~240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。     

Fe、N共掺杂改性TiO2/AC复合光催化剂的制备及气相污染物降解性能

采用Sol-gel法制备了Fe、N离子共掺杂改性TiO₂/AC复合光催化剂,利用SEM、XRD、UV-Vis分光光度计对其结构及性能进行了表征。通过对气相甲苯、丙酮和甲醛的光催化降解实验,系统评价了离子掺杂量、抑制剂种类、TiO₂负载量、污染物起始浓度、污染物种类和催化剂循环使用次数对其性能的影响。结果表明,TiO₂以颗粒状镶嵌在AC孔隙内,且主要以锐钛矿相存在,Fe、N离子共掺杂实现了催化剂的可见光响应;确定最佳催化剂制备工艺为Fe、N离子共掺杂量8%、HAc为抑制剂、TiO₂负载量20%。催化剂对甲苯的降解率随起始浓度的增加而增加;催化剂对甲苯和丙酮的降解率较高（约为90%）,对甲醛的降解率较低（约为35%）;循环使用6次后,对甲苯的降解率仍高于P-25（商业纳米TiO₂）。     

炭与TiO2光催化剂的复合及协同作用研究进展

通过论述炭与TiO2光催化剂的复合方式，系统总结了复合光催化剂的各种制备方法，指出炭与TiO2的复合呈现多样化的特征，炭不仅作为载体，还可以用作涂层、造孔剂以及助剂。同时，炭在复合体中也展现出多方面的作用，不仅可以富集目标污染物，捕获中间产物，还可以抑制水蒸气和其他组分对光催化降解的影响，并且可以抑制热处理时TiO2相变和晶粒长大。可见，炭与TiO2光催化剂的复合将为推动光催化技术的实用化产生积极影响。     

纳米二氧化钛复合纤维织物的抗光降解及耐久抗菌研究进展

纳米二氧化钛是一种性能优异的光催化型抗菌除臭剂,但在高分子纤维织物方面的应用尚属研究阶段,主要涉及两个关键问题:避免纳米TiO2对所附着的纤维织物高分子基体光降解损伤;寻找纳米TiO2与纤维织物表面的耐久性锚固方式.以纤维织物为重点,分析近年来国内外在这两方面的研究进展,指出设置中间抗氧化层及其表面抗菌性接枝改性是目前解决上述问题的两种有效方法,二者的有机结合将促进纳米TiO2在纤维织物领域的应用.     

Construction of novel TiO_2/Bi_4Ti_3O_(12)/MoS_2 core/shell nanofibers for enhanced visible light photocatalysis

TiO2/Bi4 Ti3 O12 hybrids have been widely prepared as promising photocatalysts for decomposing organic contaminations.However,the insufficient visible light absorption and low charge separation efficiency lead to their poor photocatalytic activity.Herein,a robust methodology to construct novel TiO2/Bi4 Ti3 O12/MoS2 core/shell structures as visible light photocatalysts is presented.Homogeneous bismuth oxyiodide(BiOI) nanoplates were immobilized on electrospun TiO2 nanofiber surface by successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR) method.TiO2/Bi4 Ti3 O12 core/shell nanofibers were conveniently prepared by partial conversion of TiO2 to high crystallized Bi4 Ti3 O12 shells through a solid-state reaction with BiOI nanoplates,which is accompanied with certain transition of TiO2 from anatase to rutile phase.Afterwards,MoS2 nanosheets with several layers thick were uniform decorated on the TiO2/Bi4 TiO3 O12 fiber surface resulting in TiO2/Bi4 Ti3 O12/MoS2 structures.Significant enhancement of visible light absorption and photo-generated charge separation of TiO2/Bi4 Ti3 O12 were achieved by introduction of MoS2.As a result,the optimized TiO2/Bi4 Ti3 O12/MoS2-2 presents 60% improvement for photodegrading RhB after 120 min irradiation under visible light and 3 times higher of apparent reaction rate constant in compared with the TiO2/Bi4 Ti3 O12.This synthetic method can also be used to establish other photocatalysts simply at low cost,therefore,is suitable for practical applications.     

不同电解液组成对TiO2纳米管形成的影响

电解液在阳极氧化中发挥着重要作用,对TiO2纳米管的形成与否,形成后管的成分、形貌都有着很大的影响.本实验采用了恒压阳极氧化方式,分别以HF(0.5wt%),(NH4)2SO4 HF(0.5wt%),(NH4)H2PO4 HF(0.5wt%),NaNO3 HF(0.5wt%)为电解液,在钛箔表面获得多孔TiO2膜.用FESEM观察了多孔膜的形貌并用EDX和XPS能谱对膜表面成分和构成进行测试分析.实验结果表明:在单一的HF酸电解液中加入(NH4)2SO4或(NH4)H2PO4后,阳极氧化生成的膜孔径明显减小,并且膜表面形态较差.加入NaNO3后,对膜的形貌影响不是很大.由EDX和XPS能谱分析得出,阴离子中的大部分非金属元素较难进入膜表面,而氮元素却很容易掺杂进入膜的表面形成N-Ti-O结构,从而影响膜的成分构成.这表明本实验利用简单电化学方法实现了N的掺杂.通过XRD测试得出,含不同阴离子的电解液对TiO2膜的晶型转变温度影响不大.     

对NaZSM-5分子筛盐酸改性制备TiO2/ZSM-5光催化剂

用盐酸改性处理NaZSM-5得到HZSM-5分子筛载体,再用溶胶-凝胶法在NaZSM-5和HZSM-5表面合成TiO_2前驱体,将其煅烧制备出TiO_2/ZSM-5负载型光催化剂。分别用扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱和BET氮吸附对光催化剂的表面形貌、晶相结构和比表面积进行表征,研究了NaZSM-5分子筛盐酸改性对TiO_2/ZSM-5光催化剂的影响。结果表明,盐酸改性对NaZSM-5分子筛骨架结构的影响不大,但是使其结晶度有所降低。负载后TiO_2的晶粒尺寸明显减小,TiO_2/ZSM-5光催化剂的比表面积比纯TiO_2有较大增长。对NaZSM-5分子筛盐酸改性提高了TiO_2/ZSM-5对甲基橙的吸附和光催化降解能力。重复使用四次后,TiO_2/ZSM-5光催化剂的光催化降解率下降为初次使用时的82.4%。     

钛膜表面氧气氧化层研究

研究了钼基钛膜表面氧气氧化工艺;用XRD分析了氧气氢化层的物相,其物相随氧化条件而异,含有Ti、TiO2、TiO、Ti2O、Ti3O和Ti6O等多种物相;用XPS研究了氧气氧化层钛的主要价态,其主要价态为 4、 3和 2价;用AES深度剖析研究了氧气氧化层的厚度,并研究了温度、氧气压力和时间对氧气氧化层厚度影响的规律;所有氧气氧化层均不与腐蚀介质发生作用,证明了该氧化层致密连续.     

TB/TiO2复合白色颜料的微观形态与组成特征研究

介绍了对TB/TiO2复合白色颜料的微观形态与组成特征进行的研究.TB/TiO2复合白色颜料由固体包核物颗粒TB和其表面包覆的结晶TiO2所组成,TiO2在TB表面形成均匀的包覆层.TB/TiO2复合白色颜料因此具有与钛白粉类似的颜料性能.