多孔SiO2与TiO2复合纳米材料的制备及光催化性能

在溶胶水热法所合成的锐钛矿相TiO₂纳米晶基础上,利用模板剂调制的SiO₂溶胶进一步合成了多孔SiO₂与TiO₂复合纳米粒子,重点研究了复合SiO₂对纳米锐钛矿相TiO₂热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,复合SiO₂提高了纳米锐钛矿相TiO₂的热稳定性,经过900℃热处理后的TiO₂仍然具有以锐钛矿相为主的相组成.在光催化降解罗丹明B实验过程中,经过高温热处理的复合纳米材料表现出优于Degussa P25 TiO₂的活性,这主要与其锐钛矿相结晶度提高和具有较大比表面积等有关.     

SiO2/TiO2催化剂的制备及其光催化性能

利用钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、乙酸和水为原料, 通过溶剂热方法制备得到SiO₂/TiO₂催化剂. 产物经XRD、Raman、TEM、BET、FT-IR和XPS表征, 结果表明: 所制备的SiO₂/TiO₂催化剂为比表面积大、结晶度高的锐钛矿TiO₂, SiO₂与TiO₂之间通过Si-O-Ti键结合. 另外, 以亚甲基蓝降解为探针反应, 考察了SiO₂/TiO₂催化剂在紫外光照射下的光催化性能. 结果表明: SiO₂/TiO₂催化剂具有比纯TiO₂更优越的光催化性能, 65min可以将亚甲基蓝(MB)彻底降解.     

氮硫掺杂介孔TiO2薄膜结构及其光催化性能

分别以Ti(OBuⁿ)₄和Pluronic F127为无机前驱体和模板剂, 以硫脲为添加剂, 采用sol-gel法结合蒸发致自组装法（EISA）制备了锐钛矿结构的介孔TiO₂薄膜材料.采用SEM、 XPS、N₂ 吸附-脱吸、XRD和 UV-Vis光谱对其进行了表征. 研究发现, 向前驱体溶液添加硫脲一方面改变了TiO₂的介孔结构, 另一方面对介孔TiO₂进行了N、S共掺杂. 当溶液中硫脲与Ti(OBuⁿ)₄的摩尔比为2.5%时, 介孔TiO₂的孔径由未掺杂的7.0nm增至12.4nm, 光催化降解甲基橙实验表明其在紫外光区具有最优的光催化活性; 当溶液中硫脲与Ti(OBuⁿ)₄的摩尔比为5%时, 其吸收边由380nm扩展至520nm, 光催化降解罗丹明B实验表明其在可见光下显示出最优的光催化活性.     

纳米TiO2/Sb2O5涂层的光生阴极保护研究

采用溶胶凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层. 用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征. 采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性. 结果表明,所制备的纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层表面连续、均匀、致密;XRD分析表明纳米TiO₂为锐钛矿型;XPS分析表明纳米涂层表面与内层均由Ti、Sb、O、C四种元素组成;稳定电位与极化曲线测试表明,在3%NaCl溶液中,纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层的光电化学性能低于纯纳米TiO₂涂层,但纳米TiO₂/Sb₂O₅涂层经紫外光照1h,停止紫外光照后的延时阴极保护作用可达4h. 通过研究分析,提出了一种新的纳米叠层涂层光生阴极保护作用机理.     

喷雾燃烧热分解制备Cr掺杂TiO2纳米粒子的可见光催化性能

采用一步喷雾燃烧热解法制备了Cr掺杂TiO₂纳米粒子,研究了Cr掺杂对样品微结构、吸光特性和可见光催化活性的影响. 结果表明：增加Cr掺杂量抑制锐钛矿相的形成,同时促进金红石相的形成. 在低Cr掺杂量下(≤1%）,Cr主要以Cr³⁺的形态进入TiO₂晶格,而Cr掺杂量过大时,易于形成Cr₂O₃团簇. 光催化降解2,4-二氯苯酚结果表明,适量的Cr³⁺掺杂可以有效地提高TiO₂的可见光催化活性,获得最高光催化活性的Cr³⁺掺杂量为1at%. 样品可见光催化活性的提高主要与Cr掺杂引起的可见光吸收增强、晶相组成改善以及光生电子和空穴传输效率提高有关.     

不同介质中水热合成纳米TiO2粉体及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为原料, 采用水热法分别以蒸馏水、有机小分子化合物(正丁醇、丙二酸和乙二胺水溶液)和无机酸(HNO₃、H₂SO₄和HCl)为介质合成了TiO₂纳米粉体. 通过XRD和TEM对所得TiO₂粉体进行了表征, 研究不同介质对所得TiO₂粉体的晶相组成、颗粒尺寸及形貌的影响. 结果表明: 以蒸馏水为介质时所得锐钛矿TiO₂的颗粒尺寸分布不均匀; 有机化合物抑制锐钛矿型TiO₂各向异性生长趋势的能力为: 正丁醇>丙二酸>乙二胺; 相同实验条件下, HCl、H₂SO₄及HNO₃体系中分别获得金红石、锐钛矿及锐钛矿和金红石混晶TiO₂. 光催化降解甲基橙的研究表明, 锐钛矿和金红石混晶TiO₂的光催化活性要高于纯锐钛矿结构; 纯金红石型TiO2的光催化活性最差.     

热处理温度对TiO2-WO3复合光催化材料储能特性的影响

以离子交换法获得的可溶性钨酸溶液与TiO₂为原料,制备了TiO₂-WO₃复合光催化材料. 用电化学恒电流放电法表征了材料的储能特性,并结合XRD、TEM、BET、UV-Vis等手段,研究了材料中WO₃的晶型和结晶度随热处理温度的变化及其对材料光催化储能效应产生的影响. 在电化学测试中,TiO₂-WO₃复合材料显示了一定的光催化储能特性. 且WO₃的结晶度对材料储能性有一定的影响：WO₃为水合态或结晶度很低时,材料几乎没有光催化储能性;随着结晶度的增强,储能性提高;TiO₂-WO₃的储能性能最高达到0.83×10^-3C·mg^-1; 结晶度过高,储能性反之降低. 利用材料的光催化储能特性,在黑暗条件下对罗丹明B的降解率为11％,显示了一定的储能降解活性.     

水热法制备过程中TiO2纳米纤维成形机理研究

采用水热法制备出φ20～30nm, 长度达微米级的TiO2纳米纤维, 以XRD、TEM、IR等手段对不同工艺条件下获得的产物晶型结构、微观形貌以及化学组成进行了表征, 对TiO₂纳米纤维成形机理进行探讨, 并就洗涤过程中pH值对纤维结构的影响进行分析. 结果表明, TiO₂纳米纤维的形成机理可能是锐钛矿型TiO₂纳米颗粒在强碱作用下生成K₂Ti₆O₁₃颗粒, 小颗粒沿一定晶轴生长, 遵循溶解-生长机理, 逐渐长成纳米纤维. 清洗溶液的pH值对产物的成分和结构有较大影响, 通过控制清洗溶液的pH值和热处理温度, 可以获得组成分别为K₂Ti₆O₁₃、H₂Ti₃O₇和TiO₂的纳米纤维. 在pH=7、80℃烘干条件下得到的主要是H₂Ti₃O₇纳米纤维, 400℃煅烧后转变为TiO₂纳米纤维.     

常压干燥法制备TiO2气凝胶

以钛酸丁酯为原料, 以甲酰胺为干燥控制化学添加剂控制凝胶网络结构, 采用溶胶－凝胶法制得TiO₂醇凝胶; 结合正硅酸乙酯母液浸泡和低表面张力溶剂替换及常压干燥等后处理步骤, 实现了TiO₂气凝胶的常压干燥法制备. 采用XRD、BET、TEM、SEM、EDS及FT-IR等测试手段对样品进行表征. 结果表明：所制备的TiO₂气凝胶为无定形结构, 表观密度为0.375g/cm³, 比表面积达523m²/g, 平均孔径约9.9nm; 经850℃空气气氛下煅烧4h后, TiO₂气凝胶转变为锐钛矿型结构, 平均孔径增大到16.3nm, 比表面积仍达208m²/g. 本研究提出的制备方法简单, 所制备的气凝胶比表面积高、热稳定好.     

Ca0.3(Li1/2Sm1/2)0.7TiO3微波介质陶瓷的低温烧结研究

采用传统陶瓷制备工艺, 制备了掺杂Na₂O-CaO-B₂O₃(NCB)氧化物的Ca_0.3(Li_1/2Sm_1/2)_0.7TiO₃(CLST)陶瓷, 研究了NCB掺杂量与晶相组成、显微结构、烧结性能及微波介电性能的关系. 研究结果表明: 复合氧化物NCB掺杂量在1wt%～15wt%范围内没有杂相生成, 晶相仍呈斜方钙钛矿结构. 随着NCB添加量的增加, 陶瓷致密化温度和饱和体积密度降低, 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值也呈下降趋势, 频率温度系数τ_f向正方向增大. NCB氧化物掺杂能有效地将CLST陶瓷的烧结温度由1300℃降低至900℃. 添加12.5wt% NCB的CLST陶瓷在低温900℃烧结5h仍具有良好的微波介电性能: ε_r=73.7, Qf=1583GHz, τ_f=140.1×10-6/℃, 满足高介多层微波器件的设计要求.     

锐钛矿型TiO2纳米粉的低温热容研究

采用溶胶－凝胶法制备了１６、２６nm锐钛矿型ＴiO2纳米晶超微粉末,测定了其纳米尺寸和记,在７８－３７０Ｋ温区测定了热容、拟合出热容随温度变经的多项式方程,并与锐态矿型粗晶ＴiO2热容文献值进行分析,从能量不同的角度分析了各曲线不同的原因。     

超亲水TiO2/SiO2复合薄膜的制备与表征

通过sol-gel工艺在普通钠钙玻璃表面制备了均匀透明的TiO2/SiO2复合薄膜,实验结果表明：在TiO2薄膜中添加SiO2,可以抑制薄膜中TiO2晶粒的长大,同时薄膜表面的羟基含量增加,水在复合薄膜表面的润湿角下降,亲水能力增强,当SiO2含量为10－20mol%时获得了润湿角为0度的超亲水性薄膜。     

热分解氧化反应对TiO2电容压敏电阻器性能的影响

研究了具有热分解氧化反应的ＣｕＯ、ＭｎＯ２等的一类氧化物对ＴｉＯ２压敏电阻器性能的影响,采用Ｃ－Ｖ分析、Ｉ－Ｖ测量和介电测量等实验手段,分析了它们的和用机理。     

(1-x)CaTiO3-xLi1/2Sm1/2TiO3陶瓷的微波介电性能研究

采用固相法制备了(1-x)CaTiO_3-x(Li_1/2Sm_1/2)TiO3系列微波介质陶瓷材料, 研究了该体系的相组成、烧结性能和微波介电性能之间的关系. 结果表明: 在x=0.1～0.9mol范围内, (1-x)CaTiO_3-x(Li_1/2Sm_1/2)TiO₃ 体系均形成了单一的斜方钙钛矿结构; x=0.1～0.5和x=0.6～0.9组分的最佳烧结温度分别为1250和1300℃; 介电常数ε_r、无载品质因数与谐振频率乘积Qf值、谐振频率温度系数τ_f均随着x的增大而减小. 当x=0.7时, 1300℃下保温5h烧结得到的材料的微波介电性能为: ε_r=116.5, Qf=3254GHz, τ_f=42.43×10^-6/℃.     

Fe2O3/TiO2和ZnO/TiO3纳米颗粒薄膜的亲水性能和光催化性能的研究

采用溶胶—凝胶法在玻璃上制备了锐钛矿型TiO2和过渡金属铁、锌离子掺杂的TiO2薄膜，并通过XRD、XPS、AFM表征了合成的薄膜．结果表明铁和锌离子掺入后，TiO2薄膜变的更加致密．铁离子和锌离子分别以Fe2O3和ZnO的形式存在．在紫外光照射下，TiO2薄膜表现明显的亲水性．金属离子掺杂的TiO2薄膜，亲水性能明显增强．铁离子掺入对光催化降解甲基橙有一定的抑制作用；少量的锌离子掺入对光催化降解甲基橙有促进作用，锌离子掺入量增大后，效果并不明显．     

负载TiO2的硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能研究

硅藻土是一种天然生物成因的SiO₂. 采用硅藻土做载体,用溶胶-凝胶法制备TiO₂/硅藻土复合光催化剂,TiO₂呈薄膜状负载在硅藻土上,部分团聚成颗粒状. 在紫外光条件下负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝具有良好的光催化降解性能,36h后对亚甲基蓝的脱除率为90％, 48h达到98％, 降解效果好. 纯硅藻土48h后对亚甲基蓝的脱除率仅为35％左右. 负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能受TiO₂的同质多像结构影响. 随着锐钛矿含量增加, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能增强. 但是, 当温度进一步升高, TiO₂由锐钛矿型转化为金红石型, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能随之降低. 添加H₂O₂明显提高亚甲基蓝溶液的降解效果.     

铝硅酸盐中间体对TiO2纳米粒子团聚及相转变的抑制

以粉煤灰为原料,通过与NaOH煅烧、水解合成铝硅酸盐中间体(ASI),向sol-gel法制备的TiO2溶胶中加入ASI,经处理得到钛铝硅酸盐复合材料(TiO2/ASI).X射线衍射分析(XRD)和紫外-可见漫反射光谱(DRS)研究ASI对sol-gel方法制备TiO2纳米晶形成过程和相转变的影响.研究结果表明铝硅酸盐中间体不但能抑制TiO2纳米粒子的团聚,而且能够有效地抑制TiO2由锐钛矿型向金红石型的相转变,由此所制备TiO2与ASI的钛铝硅酸盐复合材料(TiO2/ASI)对溶液中亚甲基蓝的吸附性能高于单一的TiO2或铝硅酸盐中间体.