有序TiO_2纳米管阵列光催化性能研究进展

高度有序TiO₂纳米管阵列由于具有结构的有序性及尺寸的可控性,已成为近年来光催化材料领域的研究热点之一。本文针对有序TiO₂纳米管阵列特殊的结构形貌特点,阐述了管壁粗糙度、管长、管壁厚度、管径及表面积对其光催化性能的影响。在不同的催化剂载体（透明玻璃基底、无基底、钛丝网基底、非平面钛片基底）生长TiO₂纳米管阵列是有效地提高其光催化性能的途径之一,介绍了这些新型结构的TiO₂纳米管阵列的研究进展。最后总结了现阶段主要掺杂改性TiO₂纳米管阵列的方法及掺杂效果。在此基础上,指出了当前研究中存在的主要问题,并展望今后的研究方向。     

TiO2纳米管阵列的制备改性及应用研究进展

TiO₂纳米管阵列作为一种新型的三维立体纳米材料,因其大的比表面积及特殊的几何结构而受到了广泛的关注与研究。本文回顾了近年来阳极氧化法在Ti基底上原位生成TiO₂纳米管阵列所用电解液的发展趋势,介绍了TiO₂纳米管阵列的特性,如晶型结构、光学和电学特性以及催化活性,阐述了TiO₂纳米管阵列的金属离子掺杂、非金属离子掺杂、金属沉积、导电聚合物复合、半导体复合以及其他等多种改性手段,探讨了TiO₂纳米管阵列在光电催化降解污染物、光解水制氢、染料敏化太阳能电池和传感器以及其他多个领域的应用研究进展。最后,展望了TiO₂纳米管阵列的主要研究方向是对其形貌调控与表面改性等方面作进一步研究,以期为后续研究提供参考依据。     

长程TiO2纳米管阵列表面的超声清洗及其光催化性能

通过阳极氧化法在NH4F/乙二醇/H₂O的电解液中制备了长程TiO₂纳米管阵列。借助超声手段分别采用蒸馏水、丙酮和异丙醇作为超声介质清除了TiO₂纳米管阵列表面的集束,探讨其对TiO₂纳米管阵列光催化活性的影响。采用SEM、TG和XRD等对TiO₂纳米管阵列进行表征。结果表明,超声处理明显清除了纳米管阵列表面集束,超声介质对清洗过程有重要影响,丙酮相对于蒸馏水和异丙醇更适合作为超声介质,且超声超过30 min,纳米管阵列的光催化活性得到明显提高。     

基于阳极氧化法的TiO2纳米管制备及生成过程分析

运用阳极氧化法制备TiO₂纳米管,探讨了TiO₂纳米管紫外光催化净化头孢噻肟钠抗生素废水的效果,采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）对TiO₂纳米管进行了表征分析。SEM结果显示,制备的TiO₂材料表面呈阵列排布的多孔状,内径大小均匀,管径分布在30~45nm之间,管阵列呈蜂窝状,与钛板表面垂直,对比煅烧前后的TiO₂纳米管XRD图,发现煅烧后样品的XRD图出现了TiO₂锐钛矿型特征衍射峰和金红石型特征衍射峰。讨论了TiO₂纳米管的生成机理,认为纳米管的形成过程主要有最初氧化层的形成、孔核的形成、由孔核演变成微孔、微孔生长并出现空隙、形成纳米阵列管过程。     

Ce-Zn共掺杂改性TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

采用阳极氧化法在钛网上制得TiO₂纳米管阵列(TNTA),并利用操作简单的微溶剂燃烧合成法将稀土元素Ce和过渡金属元素Zn共掺杂修饰TiO₂纳米管阵列得到复合光催化材料Ce-Zn/TiO₂纳米管阵列(CeZn/TNTA),并对CeZn/TNTA的形貌、组成结构和光催化性能等进行测试。结果表明:阳极氧化时间会影响TNTA的形貌,氧化时间为2 h的TNTA管状结构分布均匀且高度有序,纳米管内径约为50 nm,管壁厚约为25 nm,管长约为1μm。CeZn/TNTA样品中的Ce以CeO₂和Ce₂O₃混合态、Zn以ZnO形式呈簇状不均匀分布在TiO₂纳米管阵列表面。与裸TNTA相比,CeZn/TNTA复合催化剂的光响应范围拓宽至可见光区域,电荷转移阻力减小,光生电子-空穴的分离效率提高,载流子的传输速率较快,且表现出较高的光催化活性,其在1 h内对亚甲基蓝光催化降解率可达85.27%。     

g-C3N4/TiO2复合材料的制备及可见光催化降解硝基苯

采用原位合成法在TiO₂纳米管上沉积g-C₃N₄对材料进行改性,通过改变尿素的质量浓度制备了一系列不同负载量的g-C₃N₄/TiO₂复合材料(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g·L^-1 g-C₃N₄/TiO₂ NTs),然后在可见光条件下考察了g-C₃N₄/TiO₂复合材料光催化降解硝基苯的性能,并对材料做了相关的表征分析和自由基清除实验。结果表明：将g-C₃N₄负载到TiO₂纳米管上可以显著提高光催化活性,可能是由于g-C₃N₄和TiO₂之间形成了异质结,延长了载流子的寿命,阻碍了电子与空穴的复合,从而提升了复合材料的光催化活性。     

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。     

二氧化钛纳米管稳定Pickering乳液制备PS/TiO2纳米管复合微球

利用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）,对水热法制备的TiO₂纳米管进行了表面改性,并用改性的纳米管为稳定剂,采用Pickering乳液聚合法制备了聚苯乙烯/TiO₂纳米管复合微球。采用红外光谱（IR）、光学显微镜、高分辨透射电镜（HRTEM）、高分辨扫描电子显微镜（FESEM）、X射线光电子能谱（XPS）等分析手段,对改性前后TiO₂纳米管以及复合微球的结构和形貌进行了表征,用三相接触角仪测试并优化了TiO₂纳米管的表面润湿性。研究结果表明,当m_KH-570/m_TiO2=15%时,改性TiO₂纳米管表面润湿性最佳,能很好地稳定Pickering乳液聚合,聚合后可以得到壳层为致密均匀TiO₂纳米管,核为聚苯乙烯的复合微球。     

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。     

阵列型TiO2纳米管光催化降解VOCs性能

通过二次阳极氧化电化学方法制备纳米孔/纳米管复合结构的阵列型TiO₂纳米管（2-step TiO₂ NTs）,实验证明这种结构的TiO₂ NTs对大气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）有着十分优异的降解效果。本文通过气态甲醇的光催化降解来评估比较一次氧化生成的TiO₂纳米管（1-step TiO₂ NTs）和2-step TiO₂ NTs的催化效果。实验结果表明,二次阳极氧化电化学方法所生成的TiO₂ NTs的纳米结构对光致电荷的产生有着十分重要的推动作用。之所以2-step TiO₂ NTs的纳米孔/纳米管复合结构能够显著提高VOCs的降解效率,是由于这种特殊的结构能够更加有利于电子的传递,同时能够有效地抑制光生电子和空穴的复合。最后,通过实验数据阐述了2-step TiO₂ NTs光催化活性的增强机理,这种新结构显示出更小的带隙、更高效的光生电子/空穴分离效率和VOCs降解性能。     

TiO2纳米管阵列的研究进展

近年来TiO2纳米管阵列在光催化等领域展现出良好的应用前景,对其制备技术和应用研究已成为研究的热点。本文对TiO2纳米管阵列的制备方法作了综合介绍,概述了其研究现状及最新应用进展。     

钛基TiO_2纳米管制备及其生物医用研究进展

TiO2纳米管阵列作为一种新型的纳米TiO2材料,由于具有独特的阵列结构和优异的性能,引起了人们的极大关注。详细综述了采用阳极氧化法在钛基表面制备纳米管阵列的工艺条件、形成机理,及其生物医用领域的应用研究,分析了目前存在的问题,并提出了今后研究的对策。     

Graphene oxide modified TiO2 nanotube arrays: enhanced visible light photoelectrochemical properties

Novel nanocomposite films, based on graphene oxide (GO) and TiO(2) nanotube arrays, were synthesized by assembling GO on the surface of self-organized TiO(2) nanotube arrays through a simple impregnation method. The composite films were characterized with field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Raman spectroscopy and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy. The photoelectrochemical properties of the composite nanotube arrays were investigated under visible light illumination. Remarkably enhanced visible light photoelectrochemical response was observed for the GO decorated TiO(2) nanotube composite electrode compared with pristine TiO(2) nanotube arrays. The sensitizing effect of GO on the photoelectrochemical response of the TiO(2) nanotube arrays was demonstrated and about 15 times enhanced maximum photoconversion efficiency was obtained with the presence of GO. An enhanced photocatalytic activity of the TiO(2) nanotube arrays towards the degradation of methyl blue was also demonstrated after modification with GO. The results presented here demonstrate GO to be efficient for the improved utilization of visible light for TiO(2) nanotube arrays.     

TiO2纳米管阵列的制备及其应用研究进展

TiO2纳米管阵列作为一种新型的纳米TiO2材料,由于独特的有序结构和优异的性能,引起了人们的极大关注。介绍了采用阳极氧化法制备TiO2纳米管的工艺条件、影响因素、形成机理,及其在光电解水制氢、光催化降解有机污染物、染料敏化太阳能电池、气敏传感等方面的研究进展,展望了其发展方向。     

膨润土基二氧化钛复合光催化剂的制备及应用研究进展

在介绍TiO2/膨润土复合光催化剂制备原理的基础上,综述了TiO2/膨润土复合光催化剂的制备及应用研究进展,重点从基础原料膨润土改性、功能组分TiO2金属掺杂、制备新技术应用等方面对膨润土基TiO2复合光催化剂的制备及应用给予了详细论述,并提出了其制备及应用进一步的研究方向。     

可见光响应超亲水TiO2薄膜研究进展

介绍了TiO2薄膜的超亲水机理,论述了实现TiO2薄膜可见光响应超亲水性的改性技术,主要包括构建粗糙结构薄膜、贵金属沉积、离子掺杂、表面光敏化、半导体复合、TiO2/SiO2复合、多种改性方法联合使用等方法。总结了目前超亲水TiO2薄膜主要存在制备工艺复杂、改性条件苛刻、亲水寿命短等问题,并指出采用溶胶-凝胶法,利用多种改性方法的联合使用是解决这些问题的重要研究方向。     

改性二氧化钛光催化剂的研究进展

综述了近年来对TiO2光催化剂改性的研究,主要包括：贵金属淀积、金属离子掺杂、表面光敏化、半导体复合和光电催化等技术,并分析改性后的反应机理。最后,展望了提高TiO2光催化剂催化活性的研究进展的前景。     

TiO2纳米管阵列光催化降解苯酚

采用电化学阳极氧化法在钛基体上制得了高度致密的、有序的、均匀的TiO2纳米管阵列。用SEM、XRD等对其表面形貌和结构晶型进行了表征和分析。以TiO2纳米管阵列为光催化剂对废水中典型的有机污染物——苯酚进行了光催化降解,考察了影响光催化降解速率的因素。结果表明,在紫外光照下,苯酚水溶液的pH=3、ρ(苯酚)=10.0 mg/L时,具有锐钛矿相结构的TiO2纳米管阵列的光催化效果最好,相同条件下与溶胶凝胶法制备的纳米TiO2颗粒膜的光催化降解速率进行对比,前者比后者提高了近一倍。     

TiO_2纳米管在不同条件光催化降解的活性研究

本文利用阳极氧化法在纯钛片表面制备了TiO2纳米管阵列膜,解决TiO2光催化剂的涂敷固定问题。采用场发射扫描电镜(FESEM)和XRD对制备TiO2纳米管阵列膜的形貌和晶体结构进行表征。结果发现,所制得的纳米管管径70～80nm,壁厚5～10nm,XRD显示经420℃热处理的TiO2纳米管为锐钛矿晶型,经500℃热处理的TiO2纳米管出现金红石晶型。以10mg·L-1的甲基橙溶液为降解物进行光催化试验,分别研究了溶液的初始pH值、TiO2纳米管阵列膜的晶型、TiO2膜的使用次数对降解率的影响。试验结果表明,当溶液初始pH值为1时,TiO2纳米管阵列的光催化性能最好,同时随着TiO2膜使用次数的增加,其光催化效果有所下降。