超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

一维TiO2纳米材料的制备及其光催化性能研究

采用水热法,通过改变水热温度成功制备出一系列一维TiO₂纳米管、纳米线和纳米带。运用X射线衍射、透射电子显微镜、N₂吸附-脱附和紫外-可见光谱等手段表征了材料的结构和性质,并考察了一维TiO₂样品光催化降解气相苯的活性。结果表明,一维TiO₂纳米材料具有较高的比表面积,光吸收出现明显的“蓝移”,光催化活性较P25有所提高,其中140 ℃水热温度下制备出的TiO₂纳米管的光催化活性最佳,80 min内对气相苯的去除率为77%,终产物CO₂的浓度为625 mg/m³。     

TiO2纳米晶薄膜的制备及其体外细胞毒性的实验研究

分别采用高功率脉冲磁控溅射(HPPMS)技术和直流磁控溅射(DCMS)技术在单晶硅基片上制备出两种晶粒尺寸的TiO_2纳米晶薄膜;采用ISO10993-5:1999标准中的浸提液法对TiO_2薄膜的体外细胞毒性进行评价和研究。实验结果表明,在TiO_2纳米晶薄膜浸提液中细胞生长相对增殖率(RGR)为93%~96%,细胞毒性评级为1级,TiO_2纳米晶薄膜作为生物医学材料满足临床应用的要求;对两种晶粒尺寸的薄膜进行体外细胞毒性的评级,结果无差异。     

TiO2光催化剂的研究与应用进展

为了解决日益严重的环境污染问题和能源问题,越来越多的研究者将精力投入到ZnO、CdS、TiO_2和BiVO_4等半导体材料的研究中。其中,TiO_2以优异的氧化能力、较强的化学稳定性、较低的价格以及无毒性吸引了广泛的目光。针对近年来TiO_2的光催化性能研究及其改性方法的研究进展,以及应用热点进行了综述,并对如何进一步提升其性能进行了展望。     

Fe2O3/TiO2纳米管光催化降解微环境苯系物的实验研究

采用阳极氧化-阴极沉积-阳极氧化法制备了三氧化二铁/二氧化钛(Fe2O3/TiO_2)复合纳米管阵列,以室内空气典型污染物苯系物为模拟反应物,研究了湿度与催化剂用量对苯系物气体光催化降解效果的影响,并分析了Fe2O3/TiO_2复合纳米管光催化降解苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯的反应历程。结果表明:该Fe2O3/TiO_2复合纳米管排列整齐均匀,相对纯TiO_2具有较高的可见光响应特性;光功率密度为0.9W/cm2、停留时间为10min,不同湿度和催化剂用量条件下总苯系物的降解率可以达到75%~95.3%;当湿度为60%,光催化剂用量为50cm2或62.5cm2时,各组分的降解率达到最高;湿度为0~30%,催化剂用量为25~37.5cm2时,各组分的降解率较高;在不同湿度下,苯系物各组分的氧化历程主要受正水离子及超负氧离子的数量影响。     

热电池用CoS2薄膜电极的制备及性能研究

以CoSO_4及Na_2S_2作为原料,采用共沉淀-烧结制备了CoS2粉体材料。利用XRD、SEM及DSC对产物进行了研究。采用等离子喷涂技术制备了CoS2薄膜,对薄膜的物相、形貌及单体电池放电性能进行了研究。研究表明,制备的粉体为纯的CoS2,且在最高温度700℃下均有良好的热稳定性。涂层薄膜为纯的CoS2,喷涂过程中CoS2未发生明显的分解,200mA/cm2恒流放电时,单体电池放电电压为1.99~2.02V,单体电池放电比容量为232mAh/g。     

TiO2-SiO2复合材料的结构调变对其催化应用的影响

TiO₂-SiO₂复合材料(TSCM)的催化应用性能受到其所含TiO₂物种的晶相和SiO₂骨架的孔道结构的显著影响。本文归纳总结了TSCM中TiO₂物种晶相、SiO₂骨架的孔道结构、形貌等特性的调变规律及其对TSCM催化性能的影响,并展望了TSCM材料的结构特性演变趋势以及在制备方法上的取舍。TSCM直接作为催化剂时,其活性位普遍被认为是TiO₂-SiO₂界面上的Ti—O—Si键位和酸性位点。而作为载体材料时,TSCM中的TiO₂物种可以与负载的金属活性中心表现出显著的载体-金属相互作用(SMSI),TiO₂物种的晶相可以对形成的金属活性中心的性能产生显著影响。在TSCM材料的合成研究中,合成含有单一锐钛矿相(Anatase)TiO₂物种的Anatase-SiO₂或单一金红石晶相(Rutile)的Rutile-SiO₂类型TSCM材料,以及同时含有这两个晶相TiO₂,但晶相比例可调的A/R-SiO₂类型TSCM材料仍充满挑战。TSCM的SiO₂骨架特性调控也同样具有挑战,如何在得到特定晶相和粒子尺寸的TiO₂物种的同时获得特定孔道特性和形貌特征的SiO₂骨架,仍是研究的难点和热点。两步法无需同时控制TiO₂和SiO₂物种的制备参数,重现性好,多用于特殊形貌的TSCM的制备,但通常其中TiO₂物种的分散度不佳。而一步法制备过程简短,更容易得到多孔-大比表面积材料,有利于实现TiO₂粒子的尺寸控制及其在SiO₂骨架中的均匀分布,从而得到更丰富的Ti—O—Si界面活性物种,但需要在同一合成体系中同时控制相互影响的TiO₂和SiO₂物种的制备参数,调控难度极大,与两步法相比,重现性较差。     

等离子体电解氧化法制备多孔TiO2/V2O5复合物膜层及其增强光催化产氢活性

较差的光催化产氢效率极大地阻碍了TiO₂光催化剂的工业化应用。为此,本文在含有NH₄VO₃的磷酸盐溶液中,采用等离子体电解氧化(PEO)法制备了多孔TiO₂/V₂O₅复合膜光催化剂,通过扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子谱(XPS)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对其组成、结构及光吸收性质进行了表征,并采用气相色谱评价了薄膜催化剂的光催化产氢性能,研究了电解液中NH₄VO₃含量对膜的结构、组成和光催化产氢性能的影响。结果表明:复合膜催化剂主要由锐钛矿和金红石型TiO₂组成,具有微孔结构,V₂O₅主要以无定形形式存在于膜中,与TiO₂有很强的相互作用,影响TiO₂的晶面间距。研究发现,元素V抑制了TiO₂的结晶和金红石型TiO₂的形成,扩大了薄膜的光学吸收范围。针对Na₂S+ Na₂SO₃溶液中的光催化产氢性能的研究显示,在质量浓度为1 g/L NH₄VO₃的电解液中制备的TiO₂/V₂O₅薄膜的光催化活性最高,优于近年来报道的其他光催化剂。光催化重复实验表明,该复合膜催化剂具有较高的稳定性和较为恒定的光催化活性。     

射频磁控溅射TiO2/HA复合生物膜的制备与表征

将水热合成的羟基磷灰石(HA)粉与20 wt%Ti粉混合,冷压烧结成靶材。采用射频磁控溅射方法,在工业纯钛基体上沉积TiO₂/HA生物薄膜,通过扫描电镜(SEM)及其能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和差热分析仪(TDA)对膜层进行了表征,探讨了溅射膜的晶化工艺。结果表明:由于选择溅射和OH-损失,溅射膜由TiO₂晶体颗粒和非晶钙磷化合物组成,且其Ca/P比降低。经700℃,0.5 h水蒸气处理,非晶钙磷化合物结晶度大大提高,并部分转化为HA晶体,且处理后的溅射膜与基体间无裂纹。     

可见光下利用ZrO2(Er3+)/TiO2光催化降解海水中柴油污染

通过共沉淀法自制上转换材料与TiO_2复合的纳米光催化剂;利用SEM、XRD等方法对光催化剂进行表征;通过改变催化剂掺杂比、pH值、催化剂投入量、光照时间和柴油初始浓度研究了可见光下光催化降解海水中柴油污染的影响因素以及复合光催化剂ZrO_2(Er3+)/TiO_2的利用效率,通过正交试验优化海水中柴油污染的降解;进行动力学分析,计算总反应速率表达式。结果表明,当柴油初始浓度为0.20g/L,催化剂投加量为0.8g/L,催化剂掺杂比为40%,pH为7,光照时间为2.5h时,复合光催化剂的利用效率最高,柴油的去除率达到87.74%。ZrO_2(Er3+)/TiO_2在可见光下能够有效地降解海水中的柴油污染。     

Visible light enhanced TiO2 thin film bilayer dye sensitized solar cells

Visible light enhanced nitrogen-sulfur (N-S) doped titanium dioxide (TiO₂) thin films were prepared by the sol-gel method using thiourea as a dopant. The physical and chemical properties of the TiO₂ thin films were greatly influenced by the amount of thiourea added to the sol-gel solution. The greatest shift to longer wavelengths for visible light absorption was observed with 0.6 g of thiourea in the precursor solution, while 0.4 g yielded the largest particle sizes. These single-cycle dip-deposited N-S doped TiO₂ thin films were used as visible light harvesters as well as blocking layers in dye sensitized solar cells. When deposited directly on conducting fluorine doped tin oxide electrodes, photo-conversion efficiencies were reduced. However, the opposite configuration, with N-S doped thin films on top of nanoporous TiO₂, yielded an increased open-circuit voltage of 0.84 V, a short-circuit current density of 9.86 mA cm⁻², and an overall conversion efficiency of 5.88% greater than that of a standard cell. The effectiveness of the blocking layer on the cell efficiencies was analyzed by electrochemical impedance spectroscopy.     

钌掺杂TiO2纳米粉体的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了Ru掺杂TiO_2纳米粉体。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)等测试手段对其进行了表征,以亚甲基蓝为模拟污染物,评价了不同热处理条件下的粉体在可见光下的光催化活性。结果表明:Ru掺杂对TiO_2纳米粉体的微观形貌没有明显影响,但抑制了TiO_2锐钛矿相向金红石相的转变,也抑制了晶粒的长大;Ru掺杂能轻微促进TiO_2表面活性基团TiOH的生成;Ru掺杂未改变TiO_2的吸收边带,但可大大提高TiO_2对可见光的吸收能力;Ru掺杂降低了TiO_2纳米粉体的可见光催化性能。     

TiO2对连铸三元无氟CaO-SiO2-TiO2渣系特性的影响

采用热力学软件对三元无氟CaO-SiO_2-TiO_2渣系中TiO_2含量选择进行宏观计算,结合黏度测试仪及热丝法结晶测定仪开展了TiO_2含量对连铸三元无氟CaO-SiO_2-TiO_2渣系渣黏度和结晶特性的影响规律的实验研究,进一步模拟计算了实际组分实验渣的热力学规律,深入探讨了该渣系中TiO_2性质及对保护渣冶金特性影响的机理。结果表明:(1)CaO-SiO_2-TiO_2三元无氟渣系TiO_2含量在3%~9%(质量分数,下同)之间,保护渣黏度随着TiO_2含量增加而降低;TiO_2含量在9%~11%之间,黏度随着TiO_2含量增加而升高。(2)CaO-SiO_2-TiO_2三元无氟渣系结晶性能随着TiO_2含量的增加而增强,渣系主要析出晶体为钙钛矿(Ca-TiO3)。(3)TiO_2含量对保护渣网络结构的影响显著,TiO_2含量在3%~7%范围内,作为破网物存在,TiO_2含量大于7%时,以结网物存在。     

SiO2@TiO2核壳微球和TiO2中空微球的制备及其光催化性能

以Stber法制备的单分散SiO_2微球为模板,率先采用静电吸附法和相吸附法相结合技术制备出SiO_2@TiO_2核壳结构微球。深入研究了pH值及煅烧温度对其结构和性能的影响。对SiO_2@TiO_2微球进行去核处理,得到TiO_2中空微球。通过降解常见工业污染物硝基苯来研究两种微球的光催化活性。采用XRD、SEM、TEM、BET、FT-IR对样品进行表征,用紫外-可见分光光度计测量硝基苯溶液降解前后的吸光度。结果表明,相同条件制备的TiO_2中空微球的比表面积比SiO_2@TiO_2微球的显著增大,最大为87m~2/g,导致TiO_2中空微球的光催化活性比SiO_2@TiO_2微球明显提高,对硝基苯的4h降解率可达95.2%。低于600℃处理得到的TiO_2壳层为锐钛矿相,呈孤岛状模式生长。温度升高到700℃时出现金红石相。在pH=9.0、600℃热处理3h条件下制备的SiO_2@TiO_2微球经去核处理所得到的TiO_2中空微球的壳层厚度最大,为25.4nm,且空心球的Ti-O-Si键随之消失。     

Structural investigations on TiO2 and Fe-doped TiO2 nanoparticles synthesized by laser pyrolysis

Undoped and Fe-doped TiO₂ nanopowders with Fe/Ti (atomic ratio) precursor concentration ranging from 7% up to 25% have been prepared by the IR laser pyrolysis technique. A sensitized mixture of TiCl₄ and Fe (CO)₅ was used as titanium and iron precursor, respectively. Reference undoped titania samples with a major concentration of anatase phase (about 90%) were obtained by the same technique by using very high flows of the oxidizing agent (air). The effects of the iron-dopant concentration on the essential structural properties of the resultant powders such as the phase formation, the crystallinity, the average particle size and distributions were systematically investigated by X-ray diffraction, Raman spectroscopy and transmission electron microscopy. The decrease of the TiO₂-anatase crystalline phase, the simultaneous increase of the amorphous phase and the decrease in size of particle mean diameter appear as main effects induced by the Fe-dopant concentration.     

Illumination-induced properties of highly ordered mesoporous TiO2 layers with controlled crystallinity

The evaporation-induced self-assembly method using a novel diblock (poly(ethylene-co-butylene)-b-poly(ethylene oxide)) copolymer (KLE) provides fully crystalline mesoporous layers of TiO₂ exhibiting high thermal stability up to 700 °C, high photocatalytic activity in the decomposition of methyl stearate and facile transformation into a substantially stable superhydrophilic state by 1 mW/cm² UV-illumination.     

Preparation and photoelectrochemical performance of TiO2/HS-CH2-COOH/Cu3Se2 composite film

In this paper, the TiO₂/HS-CH₂-COOH/Cu₃Se₂ composite film photoanodes were fabricated on conducting glass plates. Cu₃Se₂ nanoparticles were used as the sensitizer and the bi-functional modifier HS-CH₂-COOH was used at the interface between Cu₃Se₂ and TiO₂ films to improve the properties of the film photoanode. The characterization results show that the sol-gel prepared anatase TiO₂ film has a compact and uniform surface, while the tetragonal Cu₃Se₂ film has a coarse surface which is made up of uniform elongated particles. The photoelectrochemical experimental results indicate that the TiO₂/HS-CH₂-COOH/Cu₃Se₂ composite film photoanodes have a good photovoltaic property.     

用于钙钛矿太阳能电池光阳极的TiO2/ZnTiO3复合物的制备与性能

利用溶胶-凝胶法制备一系列不同Zn/Ti物质的量比的TiO_2/ZnTiO_3复合粉体,并借助XRD分析粉末的晶体结构。将复合粉末制备成膜作为钙钛矿太阳能电池的光阳极,通过SEM表征复合膜的表面形貌,并对所组装电池的性能进行测试。结果显示,Zn/Ti物质的量比对电池的性能有很大影响,当n(Zn)∶n(Ti)=1∶6时,组装的太阳能电池光电转换效率最好。