TiO2纳米管阵列的制备与改性研究进展

TiO_2纳米管阵列具有比表面积大、吸附能力强和电子迁移率高等优点,在光催化降解有机污染物、染料敏化太阳能电池、光解水制氢、气敏元器件等领域具有广阔的应用前景,是当前人们的研究热点之一。对TiO_2纳米管阵列的常见制备方法及其制备原理进行了综述,并分析了各种制备方法的优缺点。同时,TiO_2由于是宽禁带半导体,其光吸收波长主要集中在紫外光区,光响应范围窄导致其对可见光的利用率较低。降低TiO_2的禁带宽度、抑制光生载流子-空穴的复合,成为提高TiO_2纳米管阵列的光催化效率及太阳能利用率的改性研究重点。着重阐述了国内外通过掺杂金属和非金属离子、沉积贵金属、复合半导体等方法来引入杂质或缺陷,使其光生载流子-空穴的复合减缓,或使其吸收光谱红移,从而达到提高光催化效果的相关研究进展,并指出了今后TiO_2纳米管阵列在制备、改性和应用等方面的研究重点和方向。     

合成氟锌共掺杂纳米TiO2及其光催化活性

以CF3COOH和Zn(NO3)2为掺杂剂,采用溶胶凝胶法合成了纳米F/Zn2 /TiO2粉体,以次甲基蓝的光催化降解为探针反应,评价了其光催化活性,并利用XRD、FT-IR、EDS、BET、TEM等手段对样品进行测试和表征.测试表明F和Zn2 已经掺杂在纳米Ti02中,设计掺n(F)/n(Ti)-2%、n(Zn)/n(Ti)-3%的样品催化活性最高,可以将未掺杂TiO2光催化次甲基蓝1 h的降解率由73.2%提高到86.2%.     

Ce改性TiO2纳米粒子的制备及光催化活性

采用浸渍法制备了Ce/纳米TiO2复合粉体,用XRD对复合粉体的晶体结构进行了表征.以紫外光照下降解甲基橙为目标,研究了Ce掺杂量和焙烧温度对Ce/纳米TiO2复合粉体的光催化能力的影响规律,并分析其机理.结果表明:Ce掺杂能有效地提高纳米TiO2光催化降解甲基橙的能力,在400℃～700℃的焙烧温度下,纳米TiO2为锐钛型晶型结构,0.4%Ce(质量分数,下同)掺杂的复合粉体具有最好的光催化降解甲基橙的能力,其原因在于Ce4+掺杂有利于在TiO2纳米粒子中心和表面之间产生电势差,实现光生电子-空穴对的有效分离,因此存在一个最佳掺杂浓度使得光催化活性最高;焙烧温度对Ce/TiO2纳米复合粉体的影响依赖于Ce的掺杂量,低掺杂量时,较高的焙烧温度降解效果较好;高掺杂量时,较低的焙烧温度降解效果较好.     

Ce改性TiO2纳米粒子的制备及光催化活性

采用浸渍法制备了Ce/纳米TiO2复合粉体,用XRD对复合粉体的晶体结构进行了表征.以紫外光照下降解甲基橙为目标,研究了Ce掺杂量和焙烧温度对Ce/纳米TiO2复合粉体的光催化能力的影响规律,并分析其机理.结果表明Ce掺杂能有效地提高纳米TiO2光催化降解甲基橙的能力,在400℃～700℃的焙烧温度下,纳米TiO2为锐钛型晶型结构,0.4%Ce(质量分数,下同)掺杂的复合粉体具有最好的光催化降解甲基橙的能力,其原因在于Ce4+掺杂有利于在TiO2纳米粒子中心和表面之间产生电势差,实现光生电子-空穴对的有效分离,因此存在一个最佳掺杂浓度使得光催化活性最高;焙烧温度对Ce/TiO2纳米复合粉体的影响依赖于Ce的掺杂量,低掺杂量时,较高的焙烧温度降解效果较好;高掺杂量时,较低的焙烧温度降解效果较好.     

氮和硫共掺杂纳米TiO2光催化剂的制备及可见光活性研究

以钛酸四丁酯、三乙醇胺和硫脲为前驱物,采用溶胶-凝胶法合成了氮硫共掺杂纳米TiO2光催化剂,以XRD、DRS、PL、FTIR、SEM、TEM、XPS等手段对所制备的粉体进行了性能表征;并以日光色镝灯为光源,研究了催化剂对光降解甲基橙的活性.结果表明,除了700℃煅烧样品是锐钛矿和金红石晶型共存外,其它掺杂催化剂主要是锐钛矿晶型.不同温度煅烧的催化剂在波长低于550nm的可见光区域内都有高的吸光度.可见光光催化结果表明,500℃煅烧制得的掺杂氧化钛光催化剂表现出最佳的光催化活性,180min内对甲基橙溶液的降解率达到76.7%.     

Fe掺杂TiO2纳米材料的合成及光催化性能

以钛酸丁酯为钛源,Fe(NO3)3·9H2O为铁源,采用溶胶-凝胶法制备Fe/TiO2纳米粉体,利用溶胶结合静电纺丝技术制备Fe/TiO2纳米纤维,从材料改性及形貌改善两个角度共同提高TiO2纳米材料的光催化活性及实用性。借助XRD、SEM、TEM等分析技术,探究了Fe/TiO2纳米材料在可见光区的光催化活性,分析了煅烧温度及掺铁量对Fe/TiO2纳米材料光催化性能的影响。结果显示,铁的掺入及形貌的改善有助于提高TiO2的光催化性能。     

氮掺杂纳米TiO_2光催化氧化NO_2效率的研究(英文)

通过机械化学方法对纳米TiO2进行掺氮改性后,研究了煅烧温度和煅烧时间对纳米TiO2在模拟日光条件下光催化氧化NO2性能的影响。结果表明,当煅烧温度为500℃时,光催化效率随煅烧时间的延长而增加;但当煅烧温度为600和700℃时,光催化效率随煅烧时间的延长而降低,这主要是由于煅烧温度的增加使得纳米TiO2由锐钛矿型转变为金红石型。当煅烧温度为500℃时,煅烧时间从3h延长到5h,光催化效率从51.5%提高到67.0%,这是P25光催化效率的135%。     

Mo掺杂纳米TiO2光催化材料的制备及其降解氨气的研究

介绍了溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备纳米TiO2的工艺流程。采用X射线衍射(XRD)、热重-差示扫描量热(TG-DSC)等方法表征了Mo掺杂TiO2的相组成、相变点与掺杂量的关系。结果表明,掺杂Mo的TiO2在520℃、650℃煅烧2h后呈锐钛矿结构,在700℃煅烧2h已有10．3％锐钛矿结构转化为金红石结构。TG-DSC测试表明,随着Mo掺杂浓度的增大,TiO2由非晶态向锐钛矿结构的转变温度升高。光催化降解反应表明,Mo掺杂TiO2光催化反应2h后氨气降解率达32．3％,且浓度不出现波动。     

镨和氮共掺杂纳米TiO2光催化剂的制备与性能

采用溶胶-凝胶法结合微波化学法制备高活性可见光响应型镨(Pr)和氮(N)共掺杂纳米TiO2光催化剂(Pr-N-TiO2).通过XRD、FT-IR、UV-Vis和TEM等手段对Pr-N-TiO2光催化剂样品进行表征和分析,并以亚甲基蓝(MB)作为目标降解物,考察Pr-N-TiO2光催化剂对MB的光催化降解效果.结果表明Pr和N共掺杂TiO2能有效地抑制TiO2的晶粒生长,共掺杂离子之间的协同作用使得Pr-N-TiO2光催化剂的光谱吸收阈值波长发生红移,荧光光谱强度明显降低,光催化活性显著提高;在日光灯下,6h内,Pr-N-TiO2光催化剂对MB的光催化降解率达92.81%,明显优于DegussaP25的(45.01%).     

Fe^3＋／Ce^3＋掺杂纳米TiO2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同粒径的纯纳米TiO2和掺杂Fe^3＋和Ce^3＋的纳米TiO2。样品的X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征说明：在相同的制备条件下，掺杂可以减小粒子粒径，掺Fe^3＋和Ce^3＋可以抑制晶相转变。光催化降解NO2的结果表明，在相同的制备方法和掺杂量的条件下合成的光催化剂对亚硝酸盐的降解率由高到低的顺序为：掺铁TiO2〉掺铈TiO2〉TiO2。     

稀土元素在光催化剂中的应用及作用机理

稀土元素具有丰富的能级,特殊的4f电子跃迁特性和光学性质,不仅能够以离子掺杂或半导体复合的形式有效提升传统TiO2光催化剂的性能,而且可以构造出多种新型的光催化剂体系.本文在归纳近年来相关文献的基础上,综述了稀土元素在光催化剂中的应用概况及研究进展,从稀土改性TiO2基光催化剂和含稀土非TiO2基新型光催化剂两方面,探讨了稀土元素在光催化剂体系中所起的作用及其机理,并对含稀土光催化剂的设计思想、研究重点、目前效果及不足之处进行了总结和评述.     

TiO2的表面改性及其粉体流动性能评价方法的建立

目的 建立基于粉体流动性能和颜料性能的TiO₂综合性能评判方法,指导表面改性工艺的优化,获得兼具优异的流动性能与颜料性能的钛白粉产品。方法 以氯化法金红石型TiO₂为基料,依次进行Zr/Al无机包覆和有机包覆,研究包覆关键参数对TiO₂产品的流动性与颜料性能的影响。采用粉体流变仪进行TiO₂粉体的压缩性、壁摩擦、剪切作用测试,得到Hausner比、壁摩擦角、内摩擦角等表征流动性的特征指标参数;采用X射线荧光衍射仪测定钛白粉的无机元素含量;利用X射线衍射分析仪测定钛白粉基料的晶型;采用激光粒度仪测定粉体的粒度及粒度分布;通过扫描电子显微镜对粉体的表面形貌进行分析;通过光泽、消色力、遮盖率等指标评价钛白粉的颜料性能。以主成分分析法综合上述特征参数评判TiO₂综合性能。结果 对于Zr/Al无机包覆,当铝的添加量为2.0%～3.0%时,粉体具有较优的颜料性能和流动性能。对于有机包覆,当TMP添加量为0.4%或TME添加量为0.2%时,所得产品在保持良好颜料性能的同时具有较优的流动...     

负载贵金属的TiO2光催化剂的研究进展

光催化技术是一种新兴的高效节能现代污水处理技术.在参考近年来国内外光催化领域文献资料的基础上,作者综述了光催化技术研究现状、TiO2薄膜光催化反应机理、贵金属负载对TiO2薄膜光催化活性的影响.并从贵金属负载机理角度解释了贵金属负载提高TiO2光催化活性的原因,贵金属负载可提高TiO2光催化剂表面光生载流子的分离效率,有利于生成更多的·OH.进一步阐述了光催化技术面临的问题及发展前景.     

单分散纳米TiO2光催化剂的水解-溶胶制备法

以Ti(SO4)2为原料，在一定温度下直接水解、胶溶、加入晶种、熟化，制备出单分散性、热稳定性良好、平均粒径在22nm左右、比表面积在80m^2／g以上的TiO2纳米微粒。研究了Ti(SO4)2浓度、水解时间及晶种对纳米微粒粒径的影响。对样品进行了TG-DTA，XRD和SEM分析。结果表明：样品经真空冷冻干燥后，TiO2粉体主要为锐钛矿型，且随焙烧时间增加和温度升高，其金红石型含量显著增多，粉体粒径也有一定增大，但在不同的温度区间粒径增长速率有较大的区别。     

Preparation and characterization of （metal, nitrogen）-codoped TiO2 by TiCl4 sol-gel auto-igniting synthesis

The nitrogen-doped and （metal, nitrogen）-codoped TiO2 photocatalysts （metal = Ag, Ce, Fe, La） were synthesized by sol-gel auto-igniting synthesis （SAS） with the complex compound sol of TiCl4-NH4NO3-citri acid-metal nitrate- NH3.H20 as a precursor. The products were characterized by means of XRD, XPS, and UV-Vis diffuse reflectance spectra, and their photocatalytic activity was investigated under visible light. It was found that all the synthesized powders showed good absorption for visible light, and that the radius and alterable valence states of doping metallic cations played important roles on their photocatalytic activity. These results were discussed in detail.     

TiO2／Ti电极上外加阳极偏压对亚甲基蓝光催化降解的影响

主要研究了在纳米多孔TiO2／Ti电极上外加阳极偏压对亚甲基蓝光催化降解的影响。另外还讨论了在TiO2／Ti中掺杂过渡族金属离子对亚甲基蓝降解情况的影响。降解程度通过亚甲基蓝的褪色情况来表征。实验结果表明，降解效率随着所加阳极偏压的增大而增大，直到阳极偏压达到3．5V，增大速率开始减小。掺杂Mn^2＋和Cr^3＋可以促进光电催化效率，而掺杂Ni^2＋却会降低光电催化效率。离子半径和各离子的功函数可以解释这种现象。     

La~(3+)掺杂TiO_2粉体的化学沉淀法制备条件优化

采用化学沉淀法制备La~(3+)掺杂TiO_2粉体,并用正交实验方法对制备工艺进行优化,通过SEM、XRD、XPS和UV-Vis对TiO_2粉体的形貌、结构、光吸收性能进行了表征。结果表明:煅烧温度和La~(3+)掺杂量对TiO_2粉体光吸收性能具有显著影响;不同煅烧温度得到的La~(3+)掺杂TiO_2均以锐钛矿结构为主;升高煅烧温度可以增强La~(3+)掺杂TiO_2在紫外光波段的吸光强度;La~(3+)掺杂可以改善TiO_2粉体的团聚,减小TiO_2的禁带宽度,同时导致TiO_2表面吸附一定数量的羟基。最优的制备条件为:煅烧温度800℃,La~(3+)掺杂量0.6%(摩尔分数),反应温度为90℃,反应液pH值为8,此条件下获得的TiO_2粉体可见光性能最优。     

光降解催化剂的研究和应用

简要阐述了光催化剂的作用机理载体及其应用：根据它们的组成和结构，将其分为单一氧化物、纳米硫化物、复合型光催化剂、层状结构光催化剂、AB2O4型和络合物光催化剂等。分析了光催化剂发展方向；也讨论了光催化剂的改性方法及其影响催化效果的因素。     

TiO2电极中O2-的形成及迁移过程研究

采用融盐电解法,在900℃熔盐CaCl2中以烧结TiO2为阴极,石墨棒为阳极制备金属钛。研究O2-在TiO2电极中的形成及其迁移过程。结果表明:实验高温促使TiO2结构中氧空位的形成及O2-产生;O2-通过氧空位从阴极内部迁移到表面,钛酸钙是电解过程的必然中间产物,阴极表面生成的致密金属层钛阻碍O2-从阴极内部往表面的迁移。