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。     

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。     

纳米管阵列光催化剂研究进展

TiO₂纳米管阵列以其优异的性能成为很有发展前景的新型纳米结构材料。综述了目前制备TiO₂纳米管阵列的3种方法,即模板合成法、水热合成法和阳极氧化法。阐述了提高TiO₂纳米管阵列的光催化活性常采用的改性方法,包括贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂和半导体复合以及TiO₂纳米管阵列在染料敏化太阳能电池、光解水制氢、光催化降解有机污染物和气敏传感材料等领域的应用研究进展,提出通过改进制备工艺和改性方法制备高性能的TiO₂纳米管阵列光催化剂是未来主要的研究方向。     

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。     

SiO2包覆TiO2复合纳米粒子的制备及防晒性能研究

通过溶胶-凝胶法在金红石型纳米二氧化钛（TiO₂）表面包覆二氧化硅（SiO₂）薄膜,对纳米TiO₂进行表面改性。通过优化聚乙烯吡咯烷酮（PVP）用量、硅钛比、氨水的用量确定最佳制备条件为:TiO₂用量为0.3 g,PVP用量为0.4 g,硅钛比为2∶1,氨水用量为5 m L,获得了粒径小,SiO₂包覆层薄,单分散性好的SiO₂-TiO₂复合纳米粒子。应用FT-IR,XRD,SEM,TEM和UV-vis等对改性前后的粒子进行表征。结果表明:红外光谱图中出现Si-O-Ti键的振动吸收峰,改性前后的纳米TiO₂均为金红石型,SEM及TEM显示改性后的粒子团聚现象减弱,其表面形成了约10 nm的SiO₂薄膜。经过表面改性,SiO₂成功包覆在纳米TiO₂表面,复合纳米粒子的光催化活性得到有效抑制,纳米TiO₂作为防晒剂的安全性大大提高。...     

TiO2/FACs与TiO2/Mullite复合材料的制备及其光催化性能

分别以粉煤灰漂珠(简记为FACs)与海胆状莫来石球(简记为Mullite)为基体，采用溶胶浸渍工艺制备了TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite型复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及电子能谱(EDS)对制备的材料进行了表征。研究了TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite型复合材料在紫外光照射下对罗丹明B(RhB)的光催化性能。结果表明：经500℃煅烧后形成的锐钛矿型TiO₂均成功负载到粉煤灰漂珠与莫来石晶体上，在粉煤灰漂珠表面覆盖了一层厚薄不均的纳米级别的TiO₂薄膜，而在莫来石晶体上则出现了大量细小的TiO₂颗粒；在降解染料时间为180 min,TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite复合材料对罗丹明B染料的降解率分别为84.8%和96.4%，降解速率为0.01088min^-1和0.02885 min^-1。     

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%。     

乙醇辅助低温水热法生长TiO2纳米棒阵列

本文采用乙醇作为添加剂，通过低温水热法在透明导电玻璃衬底上制备晶化良好的金红石相TiO₂纳米棒阵列。对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等结构形貌表征和光电化学性能测试。实验发现乙醇加入有利于前驱物水解缩聚反应，同时提高水热反应压力，促进TiO₂晶粒低温成核和生长，从而实现70℃直接在基底表面生长出TiO₂纳米棒阵列。通过调控水热反应温度、时间以及乙醇添加量等参数可有效调控TiO₂纳米棒阵列的形貌，改善其光电化学性能。同时低温水热制备工艺也降低了对衬底材料的限制，拓展了TiO₂纳米棒阵列的应用领域，表现出良好的应用前景。     

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纳米管阵列电合成的扩散-反应耦合强化机制研究

研究针对TiO₂纳米管材料批量电合成过程的结构有序性耗失问题,考察了TiO₂纳米管阵列生长过程中的非线性动力学机制,及其随电解时间等的演变机制。结合扫描电镜（SEM）及电化学分析表明,TiO₂纳米管阵列形成是低聚羟基钛中间体扩散-反应耦合过程中的自组织行为。研究建立了电合成体系的反应-扩散动力学方程组,并对其进行了线性稳定性分析,阐释了TiO₂纳米管阵列有序结构形成,乃至出现周期性电化学振荡的参数阈值空间,在此基础上提出了TiO₂纳米管阵列电合成过程的扩散-反应耦合强化机制。研究提出的非线性动力学机制广泛存在于各种金属的电溶过程中,并对产物结构及过程电耗有深刻影响。这也为新型纳米材料的批量电合成过程强化提供了理论依据。     

色氨酸辅助合成光催化活性增强的球形纳米TiO2

以L-色氨酸（L-Trp）为生物模板,采用简单水解及煅烧后制备了球形结构TiO₂纳米光催化剂。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、光致发光光谱和N₂吸附-解吸等方法对制得的TiO₂纳米材料进行表征。在催化剂合成过程中,L-Trp作为生物模板发挥至关重要的作用,能够指导球形结构纳米TiO₂的形成。考察了不同煅烧温度下制备的TiO₂样品光催化活性,结果表明550℃时制备的TiO₂样品具有优异的光催化活性,紫外光照射30min对甲基橙溶液的降解率达到95%左右,主要是由于较大比表面积和球形结构的协同效应。光催化剂稳定性实验表明,所制备的TiO₂纳米材料可作为一种实用有效的光催化剂用于紫外光照射下降解有机染料。同时,对L-Trp辅助下球形结构TiO₂纳米颗粒的可能生长机理进行讨论。     

Preparation and characterization of nitrogen-doped mesoporous titania with high specific surface area

Nitrogen-doped mesoporous titania aerogel photocatalysts were prepared by supercritical drying technique with carbon dioxide (SCCO₂) and calcination the urea impregnated TiO₂ aerogel at 773 K under NH₃ or N₂ + NH₃aq gaseous atmosphere. The pore properties were investigated from nitrogen adsorption measurement at 77 K. The prepared N-doped TiO₂ aerogel had a high specific surface area (116 m²/g), a total pore volume (0.33 cm³/g) and a sharp pore radius distribution (r_peak = 4.2 nm). The doping of the nitrogen atom into the TiO₂ lattice is expected from X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray powder diffraction (XRD), and UV–Vis spectroscopy. Nitrogen states in the lattice and crystalline structure were measured using X-ray photoelectron spectroscopy and X-ray diffractometry. The N-doped TiO₂ aerogel absorbed well into the visible region up to 600 nm.     

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。     

TiO_2-SiO_2复合氧化物载体的pH值和焙烧温度对催化剂的辛烷异构化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备TiO_2-SiO_2复合氧化物载体,通过超声浸渍法制备Ni O和WO3改性负载的Ni O-WO3/TiO_2-SiO_2催化剂,考察不同p H值和焙烧温度条件下制备的载体对催化剂辛烷异构化性能的影响。结果表明,制备的Ni O-WO3/TiO_2-SiO_2催化剂呈多孔结构,平均孔径约5 nm,平均晶粒尺寸(10~20)nm。以焙烧温度500℃和p H=2条件下制备的TiO_2-SiO_2为载体,制得的催化剂比表面积达322.51 m2·g-1,在辛烷异构化反应中,正辛烷转化率为28.3%,选择性85.1%。     

Use of mesoporous SBA-15 for nanostructuring titania for photocatalytic applications

SBA15–TiO₂ samples prepared by introducing titanium with a grafting method and having TiO₂ loadings below 15 wt.% have been characterized by XRF, XRD, IR, porosimetry, SEM, HRTEM, and UV–Visible diffuse reflectance. Differently from the samples reported in the literature characterized by a high TiO₂ loading, no evidences have been found for the presence of titania particles inside or outside the mesopores of SBA-15. Three different titanium species were instead evidenced to be present. The first two derive from the reaction of titanium with silanol groups in the corona area of inner SBA-15 walls leading to the formation of either TiO₄ tetrahedral sites (by reaction by hydroxyl nests of surface defect sites) and/or pseudo-octahedral surface sites anchored by two (or more) Si or Ti ions through bridging oxygens. The third species derives from the reaction of titanium in the regions with high sylanol density, e.g. in the micropores located in the corona of SBA-15 channels, leading to the formation of TiO₂-like nanoareas (probably Si-doped) with dimensions of around 1–2 nm maximum. The potential interest of these materials as photocatalysts, for the presence of a TiO₂-like nanoareas highly accessible by reactants, is discussed.     

阳极氧化二氧化钛纳米管涂层地热水腐蚀和沉积特性

拟采用金属二次阳极氧化等表面工程技术抑制地热水的腐蚀和结垢现象。在纯钛和钛合金(Ti-6Al-4V)板基底上采用二次阳极氧化法制备了二氧化钛微纳米管阵列涂层,探讨了制备工艺参数对涂层结构的影响,并进一步采用浸渍法对涂层进行了超疏水化处理。通过场发射环境扫描电镜表征了涂层的微观结构形貌。应用视频光学接触角测量仪检测了涂层表面的静态接触角,估算了表面自由能。对涂层的粗糙度也进行了测量。采用静态浸渍法评估了涂层的防垢性能。采用电化学线性极化曲线法研究了涂层在地热水中的耐腐蚀效果。结果表明,在钛及钛合金基底上,采用二次阳极氧化和浸渍工艺,可以制得具有规整二氧化钛微纳米管阵列结构和较低表面能的功能涂层;该涂层与基底相比,在地热水中的耐腐蚀性能得以提高;在碳酸钙饱和溶液中的污垢沉积速率降低约15%。同时,涂层与基底有较好的结合性能,疏水涂层经历多次胶带剥离和砂纸磨损实验后,依然保持着较高的疏水性。     

钛-硅复合氧化物比表面积的影响因素研究

以无机盐为原料采用溶胶-凝胶法制备了钛-硅复合氧化物（TiO₂-SiO₂）。利用氮气吸附-脱附法对复合氧化物进行了比表面积分析。考察了原料配比、加料方式、表面活性剂、反应温度、老化温度、老化时间、焙烧温度等因素对复合氧化物比表面积的影响。综合结果表明：当二氧化钛质量分数为22%、添加剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、反应温度为30 ℃、老化温度为70 ℃、老化时间为1 h、焙烧温度为150 ℃时,制备的复合氧化物的比表面积为361.4 m²/g、孔容为1.18 cm³/g、平均孔径为13.0 nm。不同因素对比表面积均有一定的影响,依据规律可以实现复合氧化物比表面积的可控调变。     

煅烧温度对Mo-Mn/TiO2催化剂脱硝脱汞活性的影响

研究了浸渍法制备Mo-Mn/TiO₂（MMT）催化剂过程中煅烧温度（300℃、450℃、600℃、750℃）对Mo-Mn/TiO₂（MMT）催化剂协同脱硝脱汞活性的影响。结果表明,较低的煅烧温度更有利于MMT催化剂的协同脱硝脱汞性能,同时可有效降低SO₂对催化剂活性的抑制作用,最佳煅烧温度为300℃。利用BET、XRD、H₂-TPR、FTIR和XPS等表征手段对催化剂的理化性质进行了表征,结果表明较低的煅烧温度有利于提高催化剂中活性成分所占的比例,增加金属氧化物在TiO₂载体表面的分散度,提高催化剂的低温还原性能。随着煅烧温度的升高,催化剂的比表面积和孔容均逐渐减小,平均孔径先增大后减小,且在高温下发生烧结;MnO₂逐渐向Mn₂O₃转变,锐钛矿型TiO₂逐渐向金红石型转变,同时MoO₃由非晶态逐渐向晶态的转化,致使催化剂的协同脱硝脱汞活性下降。     

Crystallization and Photoactivity of Tio2 Films Formed on Soda Lime Glass by a Sol-Gel Dip-Coating Process

Transparent nanophase TiO₂ thin films on soda lime glass were prepared from titanium tetraisopropoxide (TTIP) by a sol-gel dip-coating method. The TiO₂ films had amorphous phase up to 400°C and anatase phase at 500°C. The amorphous TiO₂ films obtained at 300-400°C showed considerable photoactivity for the degradation of formic acid. The photoactivity of the TiO₂ films was enhanced with increasing calcination temperature from 300° to 500°C. The crystallinity of the anatase films at 500°C was improved with increasing calcination time up to 2 h and reduced with a further increase in calcination time to 4 h due to the significant formation of sodium titanate phase as a result of sodium diffusion. The four-time-dipping anatase films at 500°C exhibited the greatest photoactivity at the calcination time of 2 h. Sodium diffusion into TiO₂ films was retarded by a SiO₂ underlayer of 50 nm in thickness.