TiO2纳米管阵列的制备与填充研究进展

TiO2纳米管阵列具有三雏有序纳米管状结构、大比表面积和较强的吸附能力,广泛地应用于催化材料、能源材料等领域.综述了近十年来TiO2纳米管阵列的制备方法,包括模板法,阳极氧化法等;以及纳米管内的填充技术,如电沉积法,溶液浸渍-热熔解法,化学溶液沉积法,溶胶-凝胶法,紫外光还原法等.指出采用电沉积法对TiO2纳米管进行高...     

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。     

TiO2纳米管阵列电极电催化降解甲基橙的研究

采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列电极.采用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和X-射线衍射仪（XRD）表征了电极的表面形貌和晶体结构,应用电化学阻抗谱（EIS）技术研究了不同阳极极化电位下电板的导电性能,应用荧光光谱法研究了电极产生羟基自由基（·OH）的活性,考察了3种支持电解质（Na2SO4、NaNO3和NaCl）对甲基橙（MO）电催化降解效率的影响,通过加入捕获剂探讨了MO分子的降解机理.结果表明,TiO2纳米管阵列电极电极的导电性随阳极极化电位的升高而增强;在电场作用下,TiO2纳米管阵列电极表面生成大量·OH;Na2SO4和NaNO3不参与MO分子的氧化反应,MO的降解符合一级反应动力学模型,而NaCl参与了TiO2纳米管阵列电极电催化降解MO的过程,呈现出复杂的动力学行为;在捕获剂存在的情况下,MO分子仍能发生降解,显示MO分子可在TiO2纳米管阵列电极表面直接氧化.     

电解液对TiO2纳米管阵列薄膜光电催化性能的影响

采用电化学阳极氧化法,在HF—H2O,NH4F—H2O,NH4F—H2O-乙二醇三种不同的电解液体系中,于Ti基底上制备了TiO2纳米管阵列薄膜,并在空气气氛中于500℃进行结晶热处理。以亚甲基蓝为模拟污染物,考察了TiO2纳米管阵列薄膜的光电催化降解效果,并比较了电解催化、光催化和光电催化对亚甲基蓝溶液降解效率的差异。结果表明在NH4F—H2O-乙二醇电解液体系中制备的TiO2纳米管阵列光电催化性能最好。经过340min后,催化效率达到了94．23％。     

TiO2纳米管阵列的阳极氧化法制备及其改性研究进展

TiO2纳米管(TiO2NTs)阵列作为一种新型的三维立体纳米材料,凭借其独特、规整有序的空心管状结构和优异的光电化学性能受到越来越广泛的关注.对TiO2NTs阵列的阳极氧化法制备及其原理进行了介绍.针对TiO2NTs对可见光响应范围窄、光生电子-空穴对复合率高的问题,总结了TiO2NTs阵列的掺杂、复合以及表面酸修饰...     

TiO2纳米管阵列粗糙度调控及其与蛋白相互作用

采用电化学阳极氧化法,通过改变电解液氟离子浓度(0.4%、0.3%、0.2%(质量))和电压(15、25、35、45 V),制备一系列不同管径和粗糙度的TiO₂纳米管阵列(TiO₂ nanotube arrays, TNAs)。通过扫描电子显微镜以及原子力显微镜(atomic force microscopy, AFM)表征,结果表明随着电解液中氟离子浓度的降低,制备得到的TNAs表面平整度更好,壁厚增大,粗糙度降低。采用AFM力学表征研究了表面粗糙度以及管径对TNAs表面力学性质以及与细胞色素C(Cytochrome C, Cyt C)相互作用的影响,结果表明,黏附力与接触面积呈正比,随着TNAs管径增加,壁厚减小,TNAs与Cyt C的有效接触面积先增大后减小,两者之间作用力也先增加后减小;同时,同管径条件下粗糙度降低,TNAs有效面积增加,相互作用力也增加;由此可见,通过改变电解液氟离子浓度可以有效调控TNAs表面粗糙度及有效接触面积,进一步利于促进与蛋白分子之间相互作用。     

TiO2纳米管阵列孔径调控葡萄糖氧化酶生物传感器性能

采用电化学阳极氧化法制备出不同孔径（21、62、83、102 nm）的TiO₂纳米管阵列（TNA）,研究了孔径对固定化葡萄糖氧化酶（GOx）的传感器性能的影响。循环伏安测试结果表明固定在不同孔径大小的TNA上的GOx在葡萄糖溶液中均具有良好的酶活性。计时电流法和交流阻抗法测试发现,当孔径是83 nm时,灵敏度达到最大值27.2 μA·（mmol·L^-1）^-1·cm^-2。调控TNA的孔径可改变固定化GOx的活性及溶液扩散阻抗,从而显著提高生物传感器性能。     

模板法合成TiO2纳米阵列及其微观结构表征

采用异丙醇钛[(C4H9O)4Ti]为先驱体配制二氧化钛溶胶,以阳极氧化铝模板(AAO,孔径尺寸200 nm,厚度约60 mm)直接浸渍和负压辅助浸渍的方法制备二氧化钛纳米管或管棒混杂的阵列结构,所得产物在450℃下进行热处理后,化学刻蚀去除模板. 利用FE-SEM, HR-TEM以及XRD对其微观形貌、结构等进行了观测和分析. 结果表明,产物450℃热处理后为多晶锐钛矿相. 模板法简单易行,制备出的管棒外径取决于模板孔道的尺寸,在负压辅助下可有效提高产物的连续性.     

高度有序非晶TiO2纳米管阵列的制备及其锂电性能研究

采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列,借助XRD、TEM、SEM、EDX以及恒流充/放电方法以及循环伏安法研究了其微观结构、形貌及脱/嵌锂性能,并与锐钛矿型进行了比较研究.结果表明:阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列为无定形的非晶相结构,且沿垂直于钛片表面的方向定向排列;450℃热处理2h可促使TiO2纳米管由非晶相结构转变成锐钛矿型晶体,但并没有明显影响纳米管阵列的形貌;与锐钛矿型TiO2纳米管阵列电极相比,非晶态电极表现出了较高的脱/嵌锂容量,因为非晶态电极中的无序结构和缺陷为Li+脱/嵌提供了更多的空间和空位.     

Pt纳米颗粒修饰TiO2纳米管阵列的合成及其光电化学性能

采用阳极氧化法在含0.4 mol/L HF的乙二醇电解液中制备高度有序的一维TiO2纳米管阵列,并采用柠檬酸溶剂热还原法在TiO2纳米管阵列表面沉积Pt纳米颗粒,研究Pt纳米颗粒对TiO2纳米管阵列光电化学性能的影响,对纳米管的结构、形貌、成分进行了表征,采用电化学工作站对沉积前后的TiO2纳米管阵列进行循环伏安扫描,并用5 W紫外LED灯对不同沉积条件下样品的光电流进行测试. 结果表明,所制TiO2纳米管排列整齐,管径均匀,约为150 nm,壁厚约20 nm,管长约为20 mm;尺寸约20 nm 的Pt纳米颗粒在纳米管内部分布均匀,Pt以单质形式存在. Pt沉积可提高TiO2纳米管的电化学活性,并明显增加TiO2纳米管对紫外光的吸收能力和光电流响应,Pt纳米颗粒的沉积温度为100℃时具有最大光电流响应,最高瞬时光电流值为289.84 mA.     

TiO2纳米管的制备及对O3的催化性能

用水热法制备了高比表面积的TiO₂纳米管,通过TEM、XRD及BET进行物化表征,试验得到外径5～7 nm、壁厚1 nm左右、长200～300 nm、比表面积276 m²·g^-1的锐钛型TiO₂纳米管。试验考察了TiO₂纳米管的吸附性能及对O₃的催化性能和本征反应动力学,结果显示：60 min时O₃/UV/TiO₂纳米管较O₃/UV/P25和O₃/UV对垃圾渗滤液的COD去除率分别提高了20.83%和32.65%;293 K时0.5 g TiO₂纳米管对COD的最大吸附量为P25的1.34倍,对COD去除率贡献为10.14%; 2 h内O₃/UV/TiO₂纳米管工艺的总反应表观速率常数k分别是O₃/UV/P25工艺的1.19倍和O₃/UV工艺的1.80倍;得出两种催化工艺k-T关系方程,反应表观活化能E_a,nanotube比E_a,P25降低了2.925 kJ·mol^-1。     

深还原钛渣硫酸法制取钛白实验研究

以含钛铁精矿直接还原冶炼的含钛物料（深还原钛渣）为原料,对硫酸法制取颜料级钛白粉的工艺进行了研究。实验结果表明,深还原钛渣具有良好的酸解性能,酸解率可达97%;酸解后得到的钛液过滤性能好;但酸解钛液中氧化镁和氧化铝浓度过高,所以直接以该钛液为原料制得的钛白颜料性能差。采用深还原钛渣和钛精矿按一定比例混合酸解,可以避免钛液杂质含量过高对最终钛白产品质量造成的影响。深还原钛渣较佳用量为不高于钛原料总质量的20%。     

不同二氧化钛含量的PET非等温结晶动力学研究

用DSC、非等温结晶动力学方法研究了PET切片中不同二氧化钛含量对其结晶性能的影响。结果表明:适量的二氧化钛在聚合过程中起成核剂作用,随着切片中二氧化钛含量的增加,聚合物结晶速度加快,质量分数超过0.33％时,对熔体成核结晶有阻滞作用。结晶能力在冷却速率和二氧化钛含量变化时基本不变,说明二氧化钛的加入对聚合物的结晶能力影响不大。不同二氧化钛含量不同冷却速率的Avrami指数平均值都在4.0以上,可以认为结晶以均相成核为主,三维生长。     

二氧化钛对聚氯乙烯热稳定性能的影响

通过刚果红法实验研究了不同种类和用量的二氧化钛（TiO2）对使用复合铅盐稳定剂的硬质聚氯乙烯（PVC—U）脱氯化氢反应的影响,同时研究了不同用量的TiO2对使用不同热稳定剂的PVC—U脱氯化氢反应的影响。结果表明：①在复合铅盐稳定体系中,金红石型TiO2会导致PVC—U的热稳定性的下降,而锐钛型TiO2会提高PVC—U的热稳定性;②金红石型TiO2后期的包覆处理也对PVC—U的热稳定性有影响;③金红石型TiO2（R930）在复合铅盐热稳定体系中会导致PVC—U的热稳定性下降,而在Ca／Zn热稳定体系中,则能提高PVC—U的热稳定性。     

氯化法钛白生产工艺中四氯化钛氧化微观反应机理研究进展

氯化法是国际上生产高档金红石钛白的主要方法,具有产品质量好、环境污染小、自动化程度高、综合能耗低等优点,在钛白生产领域具有很高的应用价值和发展前景,但对于四氯化钛的氧化反应机理却尚未明确,因此探明四氯化钛氧化反应机理已成为氯化法钛白生产技术的研发重点。本文从表观反应机理、微观反应机理角度论述四氯化钛氧化反应机理研究概况,并对二氧化钛的气相成核、晶核表面生长及三氯化铝的作用机制等研究进展进行分析,展望四氯化钛微观氧化反应机理的研究方向。最后指出,四氯化钛氧化反应机理的研究对氧化反应器的放大设计、产品的形态控制、避免结疤等工业生产具有重要指导意义。     

纳米管阵列表面流动沸腾传热特性的实验研究

利用阳极氧化法在钛换热管内表面制备出了一层管阵列结构纳米薄膜。以该纳米管阵列表面管为传热元件,蒸馏水为工质,采用管外电加热竖管强制循环工艺,在恒质量流速下考察了纳米管阵列表面管的流动沸腾传热性能。在实验的基础上,得出了纳米管阵列表面管流动沸腾传热系数关联式。实验结果表明,与光滑表面管相比,流动沸腾传热温差降低了30%～55%,在没有增加阻力的情况下,沸腾传热系数提高了1.5～2.2倍。     

载银二氧化钛光催化杀菌性能的研究

以偏钛酸为前驱体,浸渍一定浓度的硝酸银溶液,用热沉积法制备出载银二氧化钛。用XRD测定载银二氧化钛的结构,扫描电镜观测形貌,研究了载银量、光强、二氧化钛浓度、细菌浓度对光催化杀菌的影响。结果表明:制备的粉体为超细锐钛矿型二氧化钛,颗粒为均匀的类球形,粒度约为100～200nm。在二氧化钛颗粒上负载约1.6%的银可以扩展光源利用范围至可见光,光催化作用与银协同杀菌;但银量过高,则主要体现银的杀菌效果。光强增加,杀菌效果提高;二氧化钛的浓度为1.5g/L时杀菌效果最好;细菌浓度低于106细胞/mL时,载银二氧化钛杀菌率可以达到90%以上。     

多元改性二氧化钛的制备及其性能研究

采用浸渍法制备了铁-钐-镱-二氧化钛改性光催化剂,以苯酚为目标降解物,讨论了影响光催化剂性能的因素和提高光催化剂性能的方法。通过FE-SEM、XRD、UV-Vis等表征手段初步探讨了共掺杂提高二氧化钛光催化活性的机理。实验结果表明：常温、常压下,质量浓度为20 mg/L的苯酚废水（pH=7）,当催化剂加入量为 2.5 g/L、焙烧温度为550 ℃、金属（铁、钐、镱）掺杂量各为0.5%（质量分数）时,经4 h紫外光照其对苯酚的去除率可达90%以上。改性后的二氧化钛光催化剂在可见光下也能够显示出很好的活性。     

装饰层压纸用钛白粉技术现状的研究

本文针对装饰层压纸用钛白粉技术要求,综述了国内外装饰纸用钛白粉的技术现状,着重指出了提高装饰层压纸用钛白粉耐光性能的包膜方法。     

二氧化钛基催化剂催化氧化甲醛的研究进展

甲醛（HCHO）是一种主要的室内空气污染物,具有高致癌性和致突变性,催化氧化是一种理想而有效的室内消除甲醛的方法。二氧化钛作为载体负载贵金属催化剂在甲醛催化氧化反应中表现出优良的催化性能。本文综述了近年来二氧化钛基催化剂催化氧化甲醛的研究进展,主要总结了二氧化钛的吸附机理,二氧化钛晶体结构、表面形貌及微观结构、表面活性氧物种和还原性等对二氧化钛基负载贵金属催化剂催化氧化甲醛性能的影响,重点关注了催化剂的化学结构性质与甲醛氧化活性的关系,并归纳了一部分甲醛催化氧化反应机理。最后指出二氧化钛基催化剂在甲醛催化氧化反应中未来研究方向为：合理设计TiO₂各种缺陷和晶面暴露,同时提高贵金属的分散性和原子利用效率,继而进一步提高催化剂的性能;在保持催化剂高活性、高稳定性的同时,推进设计实际应用整体式催化剂的研究进程。