TiO2介孔材料合成及应用

TiO2介孔材料因其在光催化、催化剂载体、传感器、电化学器件等方面具有种种潜在的用途而备受关注，已经成为材料科学一个崭新的研究方向。综述了介孔TiO2的合成方法及应用等方面的研究成果。     

醇热法制备介孔TiO2及其光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,钛酸正四丁酯(TBOT)为钛源,异丙醇为溶剂,通过醇热法合成介孔TiO_2,用N_2吸附-脱附、XRD、TEM等技术对合成样品进行了表征。以亚甲基蓝的降解为模型反应,对介孔TiO_2催化性能进行评价并与商品DegussaP-25比较。实验结果表明,比表面积为248.8 m~2·g~(-1),孔径为4.92 nm的锐钛矿晶型介孔TiO_2具有很高的催化活性。     

模板法制备介孔TiO2及其光催化性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为模板剂,钛酸正四丁酯(TBOT)为钛源,异丙醇为溶剂,通过溶胶-凝胶过程合成出介孔TiO2前驱体凝胶后,经老化、焙烧得到了TiO2介孔材料.利用XRD、HR-TEM、TGA、N2的吸附-脱附、BET等方法对材料的结构、形貌、比表面积、孔径分布进行表征.以亚甲基蓝的降解为模型反应,对其催化性能进行评价并与商品DegussaP-25进行比较.实验结果表明,比表面积为137.5m2/g、孔径为8.62nm的锐钛型介孔TiO2具有很高的催化活性.     

TiO2介孔光催化剂的制备研究进展

介孔TiO2是一种新型高效的光催化剂，综述了介孔TiO2的各种制备方法及其相关材料性能和在光催化降解方面的应用。分析了目前介孔TiO2材料合成和应用中存在的问题，展望了该领域的研究前景。     

N掺杂介孔TiO2柠檬酸催化合成及其光催化性能研究

采用柠檬酸酸催化溶胶-凝胶法合成了N掺杂介孔TiO_2,并用XRD、HRTEM、XPS、BET、UV-vis等手段表征了N-TiO_2。测试结果表明,煅烧前的样品是无定形TiO_2,低温煅烧后的产物是锐钛矿TiO_2,而750℃煅烧产物是金红石型。少量N元素的掺杂致使TiO_2的吸收带边位置发生少许红移,移向可见光区域。N_2吸附-脱附和光解甲基橙结果显示,N掺杂介孔TiO_2(3.0 at.%)的BET面积为102 m~2/g,孔尺寸大小约为9.8 nm,具有比P25更强的光催化降解甲基橙的能力。     

Mn^2＋-TiO2介孔复合材料的制备及其光催化降解对氯苯酚

以钛酸四丁酯为前驱体，三嵌段共聚物为模板剂，通过sol—gel工艺成功合成了掺杂Mn^2＋离子的介孔TiO2复合材料，并利用小角X-射线衍射（LAXRD）、广角X-射线衍射（XRD）及透射电镜分析（TEM）对样品进行了表征。结果表明，Mn^2＋离子的掺杂能够阻止TiO2的相转变，提高TiO2介孔结构的热稳定性。在通氧、紫外光连续照射条件下，使用掺杂Mn2％的Mn^2＋-TiO2作催化剂对初始浓度为60mg／L的对氯苯酚进行催化降解，3h后降解率达到81．7％。     

复合模板剂自组装制备混晶纳米TiO2介孔材料及其性能研究

采用TiCh为原料,以十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）、聚乙二醇（PEG400、PEG6000）及十二烷基苯磺酸钠（SDBS）两两组合为复合模板和结构导向剂,利用常压液相-水热合成两步反应制备了纳米混晶TiO2介孔材料。XRD分析结果表明,产品为金红石-锐钛矿的混晶结构;TEM观察,样品是由均匀球形颗粒组装成的无序介孔材料,一次粒径约为10～15nm;N2吸附-脱附等温曲线形状为Langmuir Ⅳ型,是典型的介孔结构吸附-脱附等温线,最可及孔径约为11nm。光催化性能实验表明,在40W目光灯照射60min后,该系列介孔材料可有效的降解工业废水中的有毒氰根含量和有机染料。研究结果还表明,采用CTAB-SDBS作为复合模板和结构导向剂时制得的介孔材料的孔结构和光催化降解性能较好。     

N-CQDs修饰介孔TiO2/RGO异构体的构建及光催化性能研究

以柠檬酸三铵为前驱体,构建了系列N-CQDs(N掺杂碳量子点)修饰介孔TiO_2/RGO(还原氧化石墨烯)异构体,并通过XRD、TEM、BET、BJH、XPS、PL、UV-Vis等测试手段系统表征其样品的微观结构以及谱学性能,通过使用模拟太阳光为光源测试其光催化性能。实验可知,所构建系列样品均为锐钛矿相TiO_2晶体结构,且显著形成了H2型介孔结构,均属于langmuir Ⅳ型孔径结构;柠檬酸三铵的引入以及RGO的异构化逐步地增加介孔TiO_2光催化体系比表面积,体系比表面积最高可达331.6 m~2/g;N-CQDs的修饰以及RGO的异构化,使介孔TiO_2光催化体系光生电子效率逐步地提升,同时体系光谱响应范围逐步地拓宽;所构建介孔TiO_2异构体均具有较强的可见光光催化性能,其中样品N-CQDs-MT/RGO-1.8的光催化活性最强,在模拟太阳光照射下,对甲基橙的降解率在10 min内可达到90%左右,1 h的降解率可达到99%。     

介孔TiO2的制备及其组织结构表征

以钛酸四丁酯为原料，柠檬酸为抑制剂，在室温下采用水解沉淀法制备出纳米介孔TiO2粉体。采用X射线衍射（XRD），透射电子显微镜（TEM），N2吸附，脱附等技术对其组织结构进行表征并研究了不同热处理温度对TiO2相变的影响。结果表明：纳米介孔TiO2粉体晶粒尺寸在30nm左右，比表面积为85．452m^2／g，孔容0．05cm^3/g，孔径在4-10nm左右。500℃热处理样品具有完整的四方相锐钛矿型TiO2结构。经TEM分析结果表明，介孔TiO2样品经500℃热处理1h后呈类球型颗粒，尺寸均匀，而且孔隙已经连成网络状结构。     

介孔TiO2的制备及其对漂白废水中对氯苯酚的降解研究

以钛酸四丁酯（TBOT）为前驱体,三嵌段共聚物（P123）为模板剂,用溶胶一凝胶法合成了孔径分布均匀的介孔TiO2;用小角X射线衍射（SAXRD）、X射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和红外光谱（FT-IR）等分析手段对产物结构和光学性能进行了表征。结果表明：TiO2为介孔结构,在低于400℃煅烧时介孔结构稳定性高,孔径均匀分布,晶型全部为锐钛矿。光催化降解对氯苯酚表明介孔TiO2具有优异的催化性能,在250W紫外灯照射2h后,氯化有机物中的苯环特征峰完全消失,降解率可达95．3％。     

模板法制备介孔TiO2光催化剂的研究进展

介绍了各样模板及相关介孔制备体系,包含表面活性剂模板制备,非表面活性剂模板制备,其它模板制备及非模板制备。结果显示介孔结构可以很好的提高纳米TiO2的光催化活性,虽然在少数例子中介孔结构对光催化活性产生的影响很小或是没有影响。重点论述了上述研究方法的原理、优缺点和在改变TiO2性能中的应用,以及这些方法相结合所取得的一些研究进展;并指出这些方法在TiO2光催化剂的研究中发挥的重要作用。     

离子液中介孔TiO2的制备及其形成机理研究

首次以不同咪唑基离子液为结构导向剂，通过水热合成制备出介孔TiO2分子筛。考察了合成条件对产物结构的影响，结果表明，离子液用量、离子液类型、晶化温度、晶化时间等因素对TiO2介孔分子筛的形成和孔道结构均有影响，其中晶化温度及离子液类型的影响最为明显，在较低晶化温度时（100℃）产物孔径分布范围宽，但仍为介孔结构，当温度升高到180℃时，孔径变大并开始失去介孔特征，机理为晶化温度会影响离子液与无机物的相互作用速度，高温时TiO2结晶度也会迅速提高导致失去介孔结构，最佳晶化温度为120℃；咪唑基离子液其碳链长度不同，使用短链离子液时产物无介孔结构，当使用长链离子液时产物孔道结构良好，作为结构导向剂其碳链长度会决定产物孔道生长趋势和长度，最佳离子液类型为[C16MIM]Br．X射线衍射谱（XRD）表明产物为锐钛矿型介孔TiO2；透射电镜（TEM）观察表明产物具有规整的孔道结构（3～4nm），与低温氮吸附法分析结果一致；激光粒度分析表明产物粒度较小（20～40nm）并且分布范围窄。     

合成条件对晶态介孔TiO2结构和性能的影响

采用sol-gel法合成了锐钛矿相介孔氧化钛，利用XRD、BET、TEM和PL对介孔TiO2的结构和光致发光性能进行了表征及分析。结果表明，采用预制TiO2溶胶为钛源，所得介孔氧化钛具有良好的锐钛矿晶型、较大的孔径和比表面积，具有高的光致发光活性。     

介孔TiO2微球水热法合成及在染料敏化太阳能电池中的应用

以Ti(SO4)2为钛源,采用尿素辅助水热法合成了介孔TiO2微球,利用XRD、FESEM和比表面积分析仪对样品的晶型、形貌和比表面积进行分析,探讨了尿素加入量对TiO2微球的颗粒尺寸、比表面积、孔径和孔容的影响。采用刮涂法,用所合成的介孔TiO2微球制备了染料敏化太阳能电池(DSSC)的光阳极,结果表明,尿素用量为1.2g合成的介孔TiO2微球所组装的电池在模拟太阳光的照射下(100mW/cm2,AM1.5),光电转换效率为6.2%,明显高于商用P25纳晶所组装的电池光电转换效率(4.24%)。     

Self-assembly and photocatalysis of mesoporous TiO2 nanocrystal clusters

Mesoporous nanocrystal clusters of anatase TiO₂ with large surface area and enhanced photocatalytic activity have been successfully synthesized. The synthesis involves the self-assembly of hydrophobic TiO₂ nanocrystals into submicron clusters, coating of these clusters with a silica layer, thermal treatment to remove organic ligands and improve the crystallinity of the clusters, and finally removing silica to expose the mesoporous catalysts. With the help of the silica coating, the clusters not only maintain their small grain size but also keep their mesoporous structure after calcination at high temperatures (with BET surface area as high as 277 m²/g). The etching of SiO₂ also results in the clusters having high dispersity in water. We have been able to identify the optimal calcination temperature to produce TiO₂ nanocrystal clusters that possess both high crystallinity and large surface area, and therefore show excellent catalytic efficiency in the decomposition of organic molecules under illumination by UV light. Convenient doping with nitrogen converts these nanocrystal clusters into active photocatalysts in both visible light and natural sunlight. The strategy of forming well-defined mesoporous clusters using nanocrystals promises a versatile and useful method for designing photocatalysts with enhanced activity and stability.     

干燥与焙烧对介孔TiO_2微结构的影响

介孔材料由于具有独特的孔结构在不同领域得到了广泛的应用。采用溶胶-凝胶法制备介孔Ti O2粉体,利用N2吸附-脱附法表征Ti O2粉体的比表面积、比孔容和孔径分布,用X射线衍射法表征Ti O2粉体的物相和晶粒尺寸,研究了干燥温度、焙烧温度和保温时间对Ti O2粉体微结构的影响。研究结果表明,制备介孔Ti O2粉体存在最佳干燥温度;焙烧温度升高和保温时间延长均使介孔Ti O2粉体的平均孔径增大、比表面积和比孔容下降。     

二氧化钛光催化研究进展及应用

综述了二氧化钛光催化研究的国内外进展及发展概况,并就其光催化机理、载体形式、应用等方面树了概述。     

低温制备混晶TiO2纳米粒子及其光催化性能研究

通过低温液相合成混合晶型纳米TiO2颗粒,研究纳米TiO2颗粒的光催化活性与颗粒晶相组成之间关系.用XRD对其进行表征,并在紫外光下,以甲基橙光催化降解为模型反应,研究了不同晶相样品的光催化活性.结果表明:混合晶相中锐钛矿质量分数占69.8%、金红石质量分数占30.2%,TiO2光催化效用最好可达95.7%.     

纳米TiO_2/粉煤灰复合材料的制备及光催化性质

为了提高TiO2的光催化效果,使催化剂易于回收再利用,利用粉煤灰为载体,采用低温超声水热法制备纳米TiO2/粉煤灰复合光催化剂。借助X射线衍射(XRD)、扫描电镜(TEM)、红外(IR)和紫外-可见(UV-Vis)光谱分析对产物进行了表征,研究了TiO2加入量、超声时间等对复合物形貌、晶型和性能的影响。光催化降解亚甲基蓝的实验结果表明,由于TiO2和粉煤灰的共同作用,所得复合光催化剂的性能优于纯TiO2的光催化性能。