石墨/TinO2n-1复合材料的制备及性能

在常压下,以钛白粉为原料,石墨为还原剂,采用碳热还原法制备了石墨/Ti_nO_2n-1复合材料。采用XRD系统分析了碳热还原过程中钛的价态变化规律;采用XPS、SEM、TEM分析了特定样品的形貌、结构和元素组成。XRD分析结果表明,控制不同的还原条件,可以得到不同n值的石墨/Ti_nO_2n-1复合材料,且还原过程的物相转变顺序为：TiO₂（锐钛型）、TiO₂（金红石型）、Ti₉O₁₇、Ti₈O₁₅、Ti₆O₁₁、Ti₅O₉和Ti₄O₇。在还原温度为1250℃,还原时间为20min,碳钛比为5∶10的条件下所制备的石墨/Ti_nO_2n-1复合材料的电阻率最低,其值为0.1465Ω·cm。吸附/光降解实验表明,石墨/Ti_nO_2n-1复合材料对亚甲基蓝的吸附能力比纯石墨显著增强,吸附去除率为纯石墨的1.40~3.20倍;石墨/Ti_nO_2n-1复合材料对亚甲基蓝具有光催化降解活性,但是其光降解能力低于锐钛型TiO₂;复合材料的催化降解速率常数最大值为0.0047min^-1。     

活性炭纤维负载Pr3+:Y2SiO5/TiO2复合材料的制备与性能

为了提高纳米TiO₂对太阳光的利用率和实现光催化剂的回收再利用,采用溶胶-凝胶法将上转换荧光材料与纳米TiO₂复合,通过负载于活性炭纤维（ACF）表面制备了Pr³⁺：Y₂SiO₅/TiO₂/ACF复合材料。运用XRD、FT-IR、SEM、FS、UV-vis DRS等对材料的结构及性能进行了综合表征,并以亚甲基蓝为模拟污染物评价复合材料的可见光催化活性,考察了材料制备过程中煅烧温度、负载次数等制备条件对复合材料可见光下催化性能的影响。结果表明,在浸渍2次、800℃煅烧的制备条件下,复合材料中TiO₂为锐钛矿相（占34.1%）与金红石相（占65.9%）的混合相,亚甲基蓝（15 mg·L^-1）12 h内去除率高达93.8%,反应符合拟一级动力学,反应速率常数为0.2471 h^-1,回收再生利用4次后去除率仍保持在75%以上。     

Al2O3@TiO2复合生物载体的制备及其BSA吸附特性

通过钛酸盐和氧化钛溶胶两种制备途径在氧化铝（Al₂O₃）支撑体外包覆介孔氧化钛（TiO₂）层,分析了这两种途径制备的氧化钛表面结构与性质的差异及其对于BSA蛋白吸附性能的影响。以粒径分别为0.37、10.4和21.8 mm的三种氧化铝支撑体作为基材,用XRD、Raman分析了两种路径制备的氧化钛晶型均为锐钛矿相;N₂吸脱附分析其比表面积均在（100±10）m²·g^-1,两者具有相似的介孔结构。FESEM分析发现钛酸钾溶胶制备的氧化钛的形貌受到支撑体孔径的影响。对于在牛血清蛋白（BSA）吸附实验中,钛酸钾溶胶法包覆的20 mm粒径复合载体（SP20@K-TiO₂）吸附量为22.18 mg·g^-1,高于相同条件下氧化钛溶胶制备的Al₂O₃@TiO₂复合载体。SP20@K-TiO₂ 中TiO₂吸附量为150.88 mg·g^-1,相比于TiO₂粉体,复合载体中TiO₂对BSA蛋白吸附的性能得到提升。     

TiO2协同增强ZIF-8光催化降解特性研究

工业有机废水污染危害人类健康,阻碍经济的发展,是当前急需解决的问题。金属有机骨架(MOFs)材料因其独特的孔道结构、较大的比表面积、优异的吸附性能,有望成为工业有机废水处理的潜在新材料。ZIF-8(沸石咪唑酯骨架-8)具有复杂的SOD拓扑结构和高稳定性,其工业废水吸附应用价值逐渐受到关注。本文首先通过溶胶-凝胶法和温度调控制备最佳相比例的锐钛矿/金红石混合相TiO₂纳米颗粒,采用溶剂法在TiO₂颗粒表面原位生长制备了包覆型ZIF-8复合材料。结果表明,引入10%(质量分数)TiO₂与ZIF-8构筑的复合材料对亚甲基蓝(MB)污染物的降解率和反应速率遵循一级动力学模型,分别是纯ZIF-8的1.27和2.3倍。可控制备且均匀分布在ZIF-8有机框架材料孔道中的Zn/ZnO_x纳米异质结作为活化位点,增加与MB分子的接触面积,提升对载流子的俘获数量,同时TiO₂与裸露的高活性异质结界面形成协同增强效应,构成立体催化降解复合体系,提高催化降解能力。     

同轴电纺法TiO2/g-C3N4的制备及光催化性能研究

传统的静电纺丝法使用单一的毛细管状喷头喷丝,通常用于制备实心且表面光滑单一组分的纳米纤维,无法得到具有多种功能性结构的复合材料,应用范围较窄。以酞酸丁酯和尿素为原料,采用同轴静电纺丝法成功制备了TiO₂/g-C₃N₄复合材料,并用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、场发射扫描电子显微镜（SEM）和Brunauer-Emmett-Teller （BET）分析对样品进行了表征,通过光催化降解亚甲基蓝溶液（MB）研究了不同g-C₃N₄添加量对TiO₂/g-C₃N₄复合材料光催化性能的影响。实验结果表明,采用同轴静电纺丝法结合500℃煅烧工艺成功制备了大比表面积及高光催化性能的TiO₂/g-C₃N₄复合材料。当g-C₃N₄添加量为0.15 g时,TiO₂/g-C₃N₄复合材料对亚甲基蓝溶液（MB）的光催化降解效率可达93.8%,且经过5次重复实验后降解率仍可达80%以上。     

氧化石墨烯-TiO2复合材料对三种染料的吸附动力学及光催化性能

通过在氧化石墨烯分散溶液中水解钛酸丁酯成功制备氧化石墨烯-TiO₂复合材料（GO-TiO₂）,采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、全自动比表面及孔径分析仪（BET）和紫外-可见漫反射光谱（UV-vis DRS）等对样品进行了表征。研究了GO10-TiO₂对亚甲基蓝（MB）、甲基橙（MO）和罗丹明B（RhB）3种染料的吸附动力学和光催化性能。结果表明：TiO₂颗粒均匀地附着在GO片层表面;GO10-TiO₂对3种染料的吸附过程为多层吸附,吸附动力学符合拟二级动力学模型;在25℃条件下GO10-TiO₂对废水中MB、MO和Rh B的吸附因共轭结构、极性等的差异而呈现选择性吸附,吸附容量分别为9.2mg/g、5.4mg/g和23.0mg/g。对3种染料废水的光催化降解效果与吸附性能相关联,吸附容量越大降解效率越高,光催化反应60min时,MB、MO和Rh B降解率分别为89%、75%和98%。     

Photocatalytic activity and OH radical formation on TiO2 in the relation to crystallinity

Two types of TiO₂ samples, ST-01 (Ishihara-Sangyo, Japan) and A11 precursor (Police, Poland), were heat-treated at 400–1000 °C and characterized by the phase composition, crystallite size and lattice strain. These TiO₂ samples were tested for methylene blue (MB) decomposition and OH radical formation. Through heating TiO₂ up to 700 °C for 1 h the single anatase phase was remained, which had improved crystallinity, large crystallite size and very small lattice strain. By extending the calcination time up to 2–5 h, the anatase phase partially transformed to rutile phase, much faster by A11 precursor than by ST-01. Transformation of anatase phase to rutile reduced the rate of methylene blue decomposition, although OH radical formation was the highest in the samples having around 9 mass% of rutile. However, methylene blue decomposition not only depended on OH radical formation on TiO₂ particles, but also the content of even small amount of rutile in TiO₂ reduces markedly the rate of methylene blue decomposition.     

Nanocolumnar titania thin films uniquely incorporated with carbon for visible light photocatalysis

Carbon-doped or carbon-covered titania can enhance photocatalytic performance under visible light. Here we report the first instance of synergistic effect of the carbon incorporation in anatase titania (TiO_2−xC_x:C) films with both substitutional doping and surface covered characteristics, by reactively co-sputtering Ti metal and graphite targets. The nature of incorporated carbon is characterized by Raman spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy. The absorption edge of the carbon incorporated titania thin films shifted from ultraviolet to visible region and directly depended on the carbon content. The photocatalytic performance, e.g., photodegradation of methylene blue (MB), photo-reduction of silver-ions and super hydrophilicity, was greatly enhanced with increasing carbon content. The best photocatalytic activity is obtained in the TiO_2−xC_x:C film of the most carbon concentration about 9.3 at.% with a degradation rate-constant of 0.108 h⁻¹ for MB under visible-light illumination.     

硅藻土负载La~(3+)/TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能

以钛酸四丁酯为前驱体,硅藻土为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO_2/硅藻土负载型光催化剂。以硝酸镧为镧源,采用等体积浸渍-焙烧法制备La~(3+)/TiO_2硅藻土光催化剂。通过XRD和SEM对制备的催化剂进行表征,以亚甲基蓝溶液模拟有机废水,考察n(Ti)∶n(Si)及La3+掺杂量对催化剂光催化性能的影响,结果表明,硅藻土可提高TiO_2分散性,降低TiO_2晶粒尺寸,并抑制其由锐钛矿相向金红石相的转变。在n(Ti)∶n(Si)=1∶1、焙烧温度550℃和La3+掺杂质量分数1%条件下,La~(3+)/TiO_2硅藻土光催化剂的光催化活性较好,紫外光连续照射180 min,亚甲基蓝降解率可达99.9%。     

磷钨酸掺杂二氧化钛光催化剂的吸附性能及光催化活性

以钛酸四丁酯和无水乙醇为原料,采用溶胶-凝胶法制备了磷钨酸掺杂二氧化钛(H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂)光催化剂,并利用XRD、SEM、DRS等对掺杂前后二氧化钛的结构进行了表征。在光催化实验初期的暗反应之后,发现H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂光催化剂的吸附效果很好。对H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂光催化剂的吸附性能进行了研究,结果表明,相比于Freundlich方程,Langmuir方程能更好地描述其吸附平衡。H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂光催化剂与纯TiO₂相比有更好的吸附性能,吸附时间为70 min的条件下H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂对亚甲基蓝(MB)的脱色率可达90%以上。通过自行设计的光催化反应器考察了光催化剂用量、磷钨酸掺杂量等因素对光催化降解MB性能的影响。结果表明:H₃PW₁₂O₄₀-TiO₂在紫外和可见光区域有较强的吸收,对MB溶液具有更好的光催化降解效果,而且该复合材料有较高的循环回收利用率。     

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。     

不同无机酸对聚吡咯/TiO2复合物的吸附性能影响

考察了不同无机酸对PPy/TiO₂复合物吸附性能的影响。首先分别在HNO₃、H₂SO₄和H₃PO₄体系中合成了聚吡咯(PPy)/TiO₂复合物(分别简写为N-PPy/TiO₂、S-PPy/TiO₂和P-PPy/TiO₂)。以红外光谱、热重分析、Zeta电位、比表面积分析和扫描电镜等测试方法对复合物的物理化学性能进行了表征。接着以几种合成的复合对阴离子染料酸性红G和阳离子染料亚甲基蓝进行吸附研究,发现无机酸对合成的复合物的吸附性有较大的影响。几种复合物均可在30min内达到吸附平衡,并且可以重复使用6次以上吸附量没有明显的降低。其中S-PPy/TiO₂的吸附性能最好,其对ARG和MB的最大吸附量分别达到218.34mg/g和314.68mg/g。复合物对染料的吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温式。对S-PPy/TiO₂进行吸附热力学研究表明,其对染料的吸附过程为熵增的自发过程。     

Ag/TiO2纳米催化剂的制备及性能

采用溶胶-凝胶法制备了Ag/TiO₂光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、N₂吸附-脱附(BET)、透射电子显微镜(TEM)对产物进行了表征。以亚甲基蓝(MB)为降解物,考察了不同Ag含量和不同煅烧温度对样品的光催化性能影响。结果表明,掺杂Ag后,增大了样品的比表面积,800℃时,Ag的引入抑制了TiO₂锐钛矿向金红石相的转变,掺杂后TiO₂的光催化活性大大提高,在500℃煅烧温度下,当Ag的摩尔分数为1%时,在紫外光照射下,经过180min光催化实验,对MB的降解率达到90%.     

原位合成的介孔TiO2-B/锐钛微粒:改善的锂离子电池阳极材料（英文）

Mesoporous TiO2-B/anatase microparticles have been in-situ synthesized from K2Ti2O5 without template. The TiO2-B phase around the particle surface accelerates the diffusion of charges through the interface, while the anatase phase in the core maintains the capacity stability. The heterojunction interface between the main polymorph of anatase and the trace of TiO2-B exhibits promising lithium ion battery performance. This trace of 5%(by mass) TiO2-B determined by Raman spectra brings the first discharge capacity of this material to 247 mA·h·g?1, giving 20%improvement com-pared to the anatase counterpart. Stability testing at 1 C reveals that the capacity maintains at 171 mA·h·g?1, which is better than 162 mA·h·g?1 for single phase anatase or 159 mA·h·g?1 for TiO2-B. The mesoporous TiO2-B/anatase microparticles also show superior rate performance with 100 mA·h·g?1 at 40 C, increased by nearly 25%as compared to pure anatase. This opens a possibility of a general design route, which can be applied to other metal oxide electrode materials for rechargeable batteries and supercapacitors.     

铁掺杂二氧化钛空心球的制备及性能

以TiF₄为钛源、九水合硝酸铁为掺杂前体,采用水热法制备铁掺杂的TiO₂空心微球。采用SEM、TEM、XRD、BET、XPS等技术对样品的形貌、结构、晶型、比表面积、元素组成等进行表征,以亚甲基蓝（MB）的光催化降解为目标反应,评价其光催化活性。结果表明,160℃下水热反应生成的纳米TiO₂空心微球晶型为锐钛矿,少量掺铁并不影响微球的形貌及晶体结构。光催化实验表明,160℃下水热反应12 h生成的TiO₂空心微球样品均匀性好、光催化活性最佳;铁掺杂能显著提高TiO₂空心微球的催化活性,当铁钛比为1.5:100时,所得样品粒径最小,比表面积最大,光催化活性最高。     

Photocatalytic activity of TiO2/ZSM-5 composites in the presence of SO4 ion

TiO₂/ZSM-5 composites were prepared from SiO₂ of rice husk ash and TiO₂ sol from hydrolyzed TiOSO₄ salt. The combined effect of these two materials greatly enhanced the photocatalytic decolorization of methylene blue dye solution. The instant decolorization of the dye solution in the dark by the composite, TiO₂/ZSM-5 (wt ratio 1:1), resulted from the combination of the adsorption by ZSM-5 zeolite and TiO₂ nano-particles, and of Na₂SO₄ salt adhering to the composite surface. As a strong flocculating agent, the SO₄²⁻ ion caused the precipitation of the dye onto the composite surface which consequently enhanced the photocatalytic decolorization of the dye under UV irradiation. The composite, TiO₂/ZSM-5 (wt ratio 1:5), completely decolorized the methylene blue dye in 2.5 h, giving an equivalent performance to that of TiO₂, P-25 powder.     

静电纺丝制备银修饰二氧化钛纳米纤维应用于光降解亚甲基蓝

采用静电纺丝法制备银修饰二氧化钛纳米纤维,通过XRD、TEM及UV-Vis等分析其基本物性,且在UV光与泛光波照射下探讨其对亚甲基蓝溶液的光降解效果。物性分析显示银修饰二氧化钛纳米纤维呈锐钛矿与金红石并存的多晶结构,且其在400~800 nm的吸光度峰值增强约50%,表明经银修饰后二氧化钛纤维的光吸收范围大大扩展。光降解分析显示经UV照射120 min后银修饰二氧化钛纳米纤维可将MB溶液的吸光度峰值降至0,经泛光波照射120 min后亦可将MB溶液的吸光度峰值降至0.1以下,说明经银修饰后二氧化钛纤维对MB具有较好的UV与泛光波光降解效能。     

Photocatalytic degradation of organic pollutants using green oil palm frond-derived carbon quantum dots/titanium dioxide as multifunctional photocatalysts under visible light radiation

The present work suggested the use of waste oil palm frond as an alternative precursor for nitrogen-doped carbon quantum dots (NCQDs) and proposed a straightforward in-situ hydrothermal method for the preparation of NCQDs/TiO₂ nanocomposites. The elemental composition, morphological, structural and optical characteristics of NCQDs/TiO₂ nanocomposites have been comprehensively investigated. The successful grafting of NCQDs on TiO₂ matrix was confirmed by the formation of TiOC bond and the electronic coupling between the π-states of NCQDs and the conduction band of TiO₂. For the first time, the oil palm frond-derived NCQDs/TiO₂ was adopted in the photodegradation of methylene blue (MB) under visible-light irradiation. As a result, the photocatalytic efficiency of NCQDs/TiO₂ nanocomposites (86.16%) was 2.85 times higher than its counterpart TiO₂ (30.18%). The enhanced performance of nanocomposites was attributed to the pivotal roles of NCQDs serving as electron mediator and visible-light harvester. Besides, the optimal NCQDs loading was determined at 4 ml while the removal efficiency of NCQDs/TiO₂-4 was the highest at a catalyst dosage of 1 g·L^-1 under alkaline condition. This research work is important as it proposed a new insight to the preparation of biomass-based NCQDs/TiO₂ using a facile synthetic method, which offers a green and sustainable water remediation technology.     

PAN/TiO2纳米纤维膜的制备与性能分析

通过静电纺丝和水热处理的方法成功制备了高效、可回收利用的聚丙烯腈/二氧化钛(PAN/TiO₂)纳米纤维膜。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和亚甲基蓝(MB)降解率等对PAN/TiO₂纳米纤维膜形貌、晶体结构、力学性能以及光催化活性进行表征。结果表明,钛酸四丁酯(TBT)的添加有效减小了纤维直径;水热处理成功将TBT转化为锐钛矿TiO₂,并且PAN/TiO₂纳米纤维膜强度均高于纯PAN;紫外光照射120 min后,纤维膜对MB光催化降解率最大可达到94.8 %,同时连续5次回收再利用后纤维膜仍保持良好的光催化活性。     

TiO2/羟基磷灰石复合微球的合成

将乙酰丙酮稳定的钛酸四正丁酯分散到含有硬脂酸的水中,接着加入Ca²⁺、H₂PO₄^-源,然后通过150℃的水热过程,合成了TiO₂/羟基磷灰石(HAP)复合微球。其中的硬脂酸作为界面媒介吸附Ca²⁺,确保生成的羟基磷灰石的粒子吸附在分散的钛酸四正丁酯球形"油滴"表面。经水热过程,分散的油滴转化为TiO₂ 为内核,HAP为壳层的复合微球。HAP粒子组成的微球外壳层对内核钛酸四正丁酯水解及缩聚反应而引起的体积收缩产生抑制作用,从而对最终的TiO₂ 内核的微结构产生影响。亚甲基蓝的紫外光催化降解实验结果表明,复合微球的光催化性能与微球对亚甲基蓝的平衡吸附量有密切的关系,并取决于产品的微结构。当复合微球中羟基磷灰石的理论质量分数为1%~1.5%时,微球对亚甲基蓝显示了较高的光催化降解效率。