羟基化二氧化钛锐钛矿(001)表面析氧反应的理论计算研究

为了从反应机理的角度研究羟基化TiO₂锐钛矿(001)表面的析氧反应过程,构建了两种羟基类型下析氧反应过程中四个中间体的模型。采用第一性原理的方法对每个中间体的分子结构和吉布斯自由能进行分析,从而了解羟基化TiO₂锐钛矿(001)表面析氧反应的产物选择性等。研究结果表明,A-001-OH1/OH2型表面的析氧反应过程均倾向于通过4e^-过程直接产生氧气。本工作可以帮助科研工作者理解羟基改性后TiO₂锐钛矿(001)表面的析氧反应过程,并为工业上设计出更优秀的改性TiO₂催化剂提供指导。     

Cu/TiO2光催化正丁烷脱氢制丁烯

采用硼氢化钠还原法制备了Cu/TiO₂催化剂,考察Cu负载量、反应温度和反应时间对Cu/TiO₂光催化正丁烷脱氢制丁烯的影响。结果表明,室温下氙灯照射60 min, 0.5-Cu/TiO₂光催化正丁烷脱氢制丁烯产量为600.2μmol/(g-cat·h),选择性为95.3%,H₂产量为858.7μmol/(g-cat·h),丁烯产量和选择性随Cu负载量的变化不大。低温有利于光催化正丁烷脱氢,反应温度过高时,丁烯和H₂产量降低,丁烯选择性降低,裂解选择性增大。1-丁烯和2-丁烯相对选择性不随反应时间变化,未发现丁烯间的异构化反应。     

V2O5-MoO3/TiO2 催化剂的NOx选择性催化还原及SO2氧化活性

采用浸渍法以TiO₂为载体制备V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 选择性催化还原催化剂,研究V₂O₅和MoO₃负载量对于催化剂选择性催化还原反应及SO₂氧化活性的影响,并考察氧含量、氨氮物质的量比和反应空速对3%V₂O₅-6%MoO₃/TiO₂催化剂选择性催化还原脱硝活性的影响。结果表明,随着催化剂中V₂O₅负载质量分数增加,V₂O₅-MoO₃/TiO₂ 催化剂的选择性催化还原活性和SO₂氧化活性均呈上升趋势。MoO₃的负载对催化剂的SO₂氧化活性有明显抑制作用。MoO₃负载质量分数超过9%,制备的催化剂既保持较高的低温选择性催化还原活性,又使选择性催化还原反应中的SO₂转化率小于1%。     

氧化锌纳米复合抗菌材料的制备及性能研究

氧化锌作为一种光催化抗菌材料，因成本低和安全性较高而备受关注。本文通过超声-煅烧法制备了一系列掺杂不同TiO₂摩尔分数(0%,5%,10%,15%,20%)的TiO₂-ZnO复合抗菌材料，研究了该复合抗菌材料的晶格结构、微观形貌和光谱性能，并以ATCC 25922大肠杆菌为受试菌株，分析了TiO₂-ZnO的抗菌性能和反应过程。结果表明：TiO₂-ZnO复合材料是由六方纤锌矿ZnO和锐钛矿型TiO₂组成，TiO₂的添加生成了Zn-O-Ti新键，TiO₂颗粒连续均匀地分布在ZnO表面，ZnO的尺寸为2～3μm。测试大肠杆菌培养12 h的菌落情况，表明了纯ZnO的抗菌能力较弱，随着TiO₂添加量的增加，菌落数量减少，TiO₂-ZnO的抗菌能力逐渐提高，TiO₂-ZnO (TiO₂掺杂摩尔分数15%)复合抗菌材料的抗菌能力最强。光催化反应下，15 min时...     

TiO2光催化技术降解印染废水的研究进展

由于TiO₂光催化技术具有无毒、稳定性好、材料易得和氧化能力强的特性,在印染废水前处理及深度处理工艺中具有较好的应用前景。文章阐述了TiO₂光催化降解有机污染物的机理,对近年来国内外不同Ti O₂改性方法进行了综述,分析了TiO₂光催化技术在处理印染废水时的效果,并对未来Ti O₂光催化技术在降解印染废水中的应用进行了展望。     

纳米二氧化钛/石墨烯改性水性聚氨酯抗菌涂料的制备与评价

通过简单高效的方法制备纳米二氧化钛 /还原氧化石墨烯（ TiO₂/rGO）复合材料,对复合材料进行红外光谱（ FT-IR）、扫描电镜（ SEM）以及 X射线衍射（XRD）表征,结果表明：成功制备了氧化石墨烯、锐钛型纳米 TiO₂,并将纳米 TiO₂均匀负载于氧化石墨烯片层,经水热还原得到 TiO₂/rGO复合材料。将制备的 TiO₂/rGO复合材料添加到水性聚氨酯涂料中,制备涂膜并测定其光催化降解能力,结果表明：纳米 TiO₂/rGO填料复合的聚氨酯涂膜具有较高的光催化能力。依据 HG/T 3950—2007标准测定涂膜抗菌性能,结果表明：水性聚氨酯涂料的抗菌能力达到国家 Ⅰ级标准,可以有效替代有机抗菌剂。该环保复合涂料在物理性质和应用性能上均符合化工行业标准要求。     

多级孔ZrO2/TiO2/ZSM-5分子筛的合成及吸附-光催化协同性能

以碱酸改后的凹凸棒土为硅源,利用溶胶-凝胶法将 TiO₂和 ZrO₂负载于一步水热合成的多级孔 ZSM-5 分子筛表面,形成多级孔 ZrO₂/TiO₂/ZSM-5 分子筛。通过 XRD、SEM 和 N₂吸附-脱附仪等手段对样品进行表征,研究 TiO₂和 ZrO₂掺杂对多级孔 ZSM-5骨架结构、形貌及孔道的影响,并对亚甲基蓝溶液进行实验,探究其吸附-光催化协同性能。结果表明：ZrO₂负载促进了锐钛矿 TiO₂的形成,同时利用分子筛的多级孔道和比表面积提高了底物富集能力。当反应进行 20 min时,TiO₂掺杂量为 10% 的 TiO₂/ZSM-5 分子筛光催化降解效率达 73%;进一步掺杂 ZrO₂,ZrO₂/TiO₂/ZSM-5 分子筛光催化反应效率提高至 96.2%,说明 ZrO...     

层层组装修饰Ni片阳极的光催化辅助电解水制氢

采用层层组装的方法在Ni片阳极上分别组装TiO₂/ZnO纳米棒阵列(TiO₂/ZnONRs)和TiO₂纳米管阵列(TiO₂NTs)。以碱性电解池为基础,采用紫外线辐照阳极,将光催化与电解水有机地耦合在一起,提出并实现了光催化辅助电解水制氢的新过程。通过FE-SEM、XRD、EDS、UV-Vis和光催化辅助电解水制氢(WEAP)等方法,对修饰电极的结构和性能进行了表征和测试。结果表明,TiO₂/ZnONRs比TiO₂NTs修饰Ni阳极的光催化辅助电解水产氢速率快。TiO₂/ZnONRs和TiO₂NTs修饰Ni电极比纯Ni片作阳极的WEAP过程产氢速率分别提高了1.75和1.50倍。电耗分别降低了约10.5%和9.0%。     

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。     

构建Bi2O2CO3/g-C3N4异质结光催化完全氧化苯甲醇至苯甲醛

在保证选择性的前提下高效光催化氧化苯甲醇为苯甲醛仍然是当下面临的一个巨大挑战。g-C₃N₄的价带位置适中,具有温和的氧化能力,已被开发用来光催化氧化苯甲醇以保证反应的选择性,但由于其电子空穴复合率高导致反应的转化率难以提升。由于Bi₂O₂CO₃的超薄片层结构不仅可以增加催化剂的比表面积形成更多的活性中心,同时可以形成局部电场,更有效地分离光生电子-空穴对,因此通过构建Bi₂O₂CO₃/g-C₃N₄异质结来加快光生载流子分离进而提升反应速率。其中最优的催化剂可以在反应9 h后使苯甲醇完全氧化为苯甲醛,降低了分离成本。     

一种可温度与pH调控的分子印迹光催化材料的制备及其性能

以氧氟沙星为模板分子,通过表面引发原子转移自由基聚合技术（SI-ATRP）,成功合成了一种智能凝胶接枝纳米TiO₂的分子印迹光催化材料（TiO₂-DR/MIPs）。采用透射电镜（TEM）、红外光谱（FTIR）、热重（TG）和X射线衍射（XRD）等方法对该材料进行了形貌及性质表征。分别研究了材料的温度与pH敏感性质及其对氧氟沙星光催化降解效率的影响,并对该材料的选择性和稳定性进行了探究。结果表明,TiO₂-DR/MIPs的粒径可随着温度与pH的变化呈现出良好的响应特性,并且可以通过改变环境温度和pH实现对其光催化活性的调控。TiO₂-DR/MIPs对氧氟沙星具有较好的选择性吸附和降解作用,且稳定性和重复使用效果好,经4次光催化降解循环实验后,光催化效率仅降低了5％。此外,TiO₂-DR/MIPs中的双敏感分子印迹层还可以有效地阻止纳米TiO₂的团聚,实现纳米TiO₂的均匀分散。     

改进TiO2光催化降解水体中萘普生的研究

为解决TiO₂光催化降解水体中萘普生时易团聚、低活性的问题，对P25 TiO₂和石墨烯进行表面修饰，直接混合制得改进TiO₂催化剂，随后将其用于光催化降解水体中的萘普生，并研究降解动力学、作用机制以及生物毒性。XRD、FTIR、SEM表征结果表明，TiO₂经过修饰后引入了氨基，与改性石墨烯引入的含氧基团之间存在静电引力和化学键力，在这些力的作用下，TiO₂较好地接枝在石墨烯的表面。暗吸附、生物毒性、催化和猝灭实验结果表明，在500 W氙灯光照条件下，依靠石墨烯的协助，TiO₂在50 min内能将10 mg/L的萘普生接近完全矿化，矿化方式主要为h⁺与·OH协同氧化，生物毒性由母体的25.23%降至11.67%。实验结果表明改进TiO₂的制备方法直接、简单、可靠，可较好地解决P25 TiO₂易团聚、低活性的问题，是一种具有潜在应用前景的光催化材料。     

3-甲基吡啶一步气相氧化合成烟酸的V2O5/TiO2催化剂研究进展

烟酸作为重要的化工和医药中间体广泛应用于不同领域.相较于传统工艺,3-甲基吡啶气相一步催化氧化合成烟酸的方法具有成本低、污染低、产品质量高等优点,展现出良好的应用前景.目前V₂O₅/TiO₂系列催化剂在3-甲基吡啶的氧化反应中表现出了良好的氧化活性.本文主要分析了催化剂表面的VO_x结构,并概述了载体、制备方法、负载量、焙烧过程和助剂掺杂对结构的影响,探讨催化剂中各组分之间的相互作用,根据相关文献推测3-甲基吡啶氧化的反应机理.但该类催化剂仍然存在反应速率和选择性较低、温度窗口窄、反应过程中放出的热量对催化剂的影响等一些技术问题.文章从催化剂的开发和反应器的设计两方面进行了展望.     

热增强的光催化二氧化碳还原技术

利用太阳光驱动二氧化碳（CO₂）催化转化合成燃料是缓解能源危机和降低温室效应的理想途径。然而,当前面临的主要挑战在于CO₂固有的化学稳定性使得光催化反应的转化效率低下。热量被认为是促进催化转化反应过程的重要推动力,可以有效提升光催化转化的效率。本文综述了不同形式的热增强光催化在CO₂还原生产燃料方面的应用,包括外加热源的光催化CO₂还原、光热效应促进的光催化CO₂还原以及等离激元增强的光催化CO₂还原体系。文章指出：热增强的光催化技术继承了光催化的高选择性和热催化的高反应活性的优势,实现了CO₂还原反应的高效进行。具体分析如下：外加热源主要通过直接加热装置或者聚焦太阳光能实现,产物的生成效率明显增强,选择性影响不大;光热效应发挥着局部提高催化剂反应温度的作用,使能量利用效率更高,大幅度降低CO₂还原反应所需的能量;等离激元效应除了发挥光热效应的作用,同时兼备增强光吸收、促进载流子分离和加速表面反应动力学的作用。文章最后指出,通过对反应机理进行深度研究,合理调控反应体系的反应条件,将极大促进热增强的光催化CO₂还原技术发展,为CO₂利用提供有效手段。     

TiO2/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料对光催化分解水制氢性能的影响

以玉米秸秆为原料，通过热熔法制备出TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合光催化剂。利用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS、UV等方法对TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球进行表征。结果表明，TiO₂/Pt/玉米秸秆碳微球复合材料具有更高的光催化性能和光稳定性。在可见光照射、TiO₂/Pt与玉米秸秆碳微球质量比为1∶0.3时，光催化分解水制氢效率最高，达到1 120μmol/(h·g),是TiO₂/Pt制氢量的56倍。修饰在TiO₂上的玉米秸秆碳微球具有良好的导电性，可促进TiO₂光生电子的转移。同时，碳微球的加入增大了复合光催化剂的比表面积，提高了光催化制氢效率，为新型生物质光催化体系提供新思路。     

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。     

纳米TiO2的溶胶凝胶合成及其光催化降解水面石油废料

通过在溶胶凝胶法中添加尿素作为燃料，成功调控合成锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂。相结构表征和官能团信息表征确认了锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂中不含其它杂质。经谢乐公式计算，锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂的平均晶粒尺寸分别为30.28 nm和35.86 nm。扫描电镜发现，细的球形颗粒为锐钛矿相TiO₂,细长的纳米棒为金红石相TiO₂,颗粒尺寸与谢乐公式计算的结果类似。光学性质表征发现，与纯金红石相TiO₂相比，锐钛矿/金红石相TiO₂具有可见光吸收能力，表明其有可见光光催化活性。以水面原油废料为目标降解产物，将P25 TiO₂、锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂负载在漂珠上，在模拟太阳光和可见光辐照下进行光催化降解实验。结果表明，由于空穴、羟基自由基和...     

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。     

稀土掺杂TiO2光催化还原CO2

采用溶胶-凝胶法制备了稀土掺杂TiO₂纳米光催化剂,并应用于光催化还原CO₂/H₂O体系中。通过XRD对光催化性能进行表征,研究稀土离子掺杂和焙烧温度对光催化性能的影响。结果表明,稀土La和Ce的加入可以抑制TiO2的晶相转变,提高光催化性能。催化剂800 ℃焙烧可达到最好的光催化活性,在反应时间7 h、CO₂流量200 mL·min^-1和反应液中NaOH与Na₂SO₃浓度均为0.10 mol·L^-1条件下,甲醇产率高达315.49 μmol·g^-1。并对稀土掺杂TiO₂催化剂光催化还原CO₂的机理进行了探究。     

仿生制备TiO2/ZnO复合材料及其光催化性能研究

利用结构仿生学的思想，以新鲜番薯叶为模板，利用浸渍-煅烧两步法成功制备出一系列叶片状的TiO₂/ZnO复合材料。利用SEM、XPS、XRD、BET等对复合材料进行表征。结果表明，复合材料由锐钛矿相TiO₂和纤锌矿相ZnO组成，保持了番薯叶片的多级复杂结构，具有介孔结构。光催化实验表明，TiO₂·6 h ZnO表现出最优的光催化性能。在室温下光照90 min, TiO₂·6 h ZnO对胭脂红水溶液的降解率可达到92.65%;动力学分析表明，TiO₂·x h ZnO复合材料对胭脂红溶液的降解反应均符合一级动力学模型。