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...     

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。     

TiO2晶型对微波加热制备TiB2粉体的影响

为探究TiO₂晶型(锐钛矿型和金红石型)对微波加热制备TiB₂粉体的影响,分别以锐钛矿型和金红石型TiO₂为钛源,B₄C为硼源,炭黑为碳源,在微波加热的条件下通过硼热/碳热还原法快速制备了TiB₂粉体,探讨了TiO₂晶型对微波加热制备TiB₂粉体的物相组成、显微结构以及C和O杂质含量的影响。结果表明：在微波加热条件下,2种晶型TiO₂原料在1 450℃反应20 min后均可制备纯相TiB₂粉体,其中金红石型TiO₂制备的TiB₂粉体呈规则的六方片状结构,晶粒发育较为完善。而锐钛矿型TiO₂制备的TiB₂则为近似球状结构。相比较,金红石型TiO₂作为硼源更有利于制备高纯度、晶型完整的TiB₂粉体。     

TiO2载体特性对二苯并噻吩加氢脱硫性能的影响

以自制的大比表面介孔二氧化钛晶须作为加氢脱硫催化剂的载体,采用一步浸渍法制备了MoO₃-NiO/TiO₂催化剂,并用 X 射线衍射、N₂ 吸附-脱附、SEM、拉曼衍射等技术对载体和催化剂进行了表征,考察了TiO₂晶须材料作为二苯并噻吩(DBT)上加氢脱硫(HDS)催化剂载体的性能及优越性,并详细考察了不同TiO₂载体的晶型与比表面积对催化剂加氢脱硫反应活性的影响。结果表明,TiO₂介孔晶须具有较为活泼的锐钛矿相和晶须形貌,同时提供了大的比表面积和特殊的孔道结构,在温度280℃、氢分压2.0 MPa、氢/油体积比400、体积空速4 h^-1的温和条件下,DBT转化率即可接近100%。比表面积相近时,催化剂的脱硫效果依次为锐钛矿相>混晶>金红石相;同为锐钛矿相TiO₂载体,催化剂的脱硫效果随着比表面的增大而增加。     

ZnO的水热合成及其在TiO2/ZnO染料敏化太阳能电池中的应用

通过在不同矿化剂粉末[六亚甲基四胺(hexamethylenetetramine,HMT)、尿素和氢氧化锂]存在下的水热反应制备得到具有不同形貌尺寸的ZnO粉体,通过X射线衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱和表面光电压谱研究了不同矿化剂存在下所制备ZnO的尺寸、形貌和光电性能.结果表明:以HMT和LiOH作矿化剂可得到六方纤锌矿结构的ZnO粉体,且尺寸均一;尿素作矿化剂得到产物的结晶性较差;在LiOH存在下制备的ZnO具有明显的光电响应性能,这与带带跃迁及激子跃迁相关的.将所制备的ZnO用于染料敏化太阳能电池中,作为TiO2基染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)光阳极的上层膜,起光散射作用,下层是纳米TiO2晶膜.作为对比,制备了单一ZnO基DSSCs.通过光电流-电压(I-V)曲线研究了2种DSSCs的光电转换效率,结果表明:TiO2/ZnO双层膜光阳极组装的DSSCs的光电性能优于ZnO基DSSCs,说明具有光散射层的DSSCs的光吸收增强归因于下层TiO2纳米晶膜的高比表面积和上层大尺寸ZnO光散射膜的组合效应.     

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。     

不同物相TiO2对H2O2/O3氧化效能的影响

研究了不同物相TiO₂对H₂O₂/O₃氧化效能的影响,目标有机物为羟基自由基探针化合物乙酸。结果表明,在初始pH为7.0和10.0时,加入TiO₂反而降低了H₂O₂/O₃的氧化效率,其中锐钛矿TiO₂比金红石TiO₂的减弱作用更为明显。当初始pH为3.0时,金红石TiO₂能显著提高H₂O₂/O₃的氧化效率,但锐钛矿TiO₂影响不明显。机理分析表明,H₂O₂浓度及其衰减速率与乙酸的去除效率有很大的相关性。在pH为7.0和10.0时,两种物相TiO₂均能加快H₂O₂的分解,其中锐钛矿TiO₂作用更为显著。此条件下HO₂^-能有效引发臭氧分解产生羟基自由基,故H₂O₂过快分解反而降低了乙酸的去除效果。在pH为3.0时,H₂O₂去质子化反应困难,故O₃/H₂O₂氧化效率极低,H₂O₂浓度也几乎不变。加入TiO₂能明显提高H₂O₂的分解速率,相比金红石TiO₂,锐钛矿TiO₂使H₂O₂在5 min内基本分解完毕,但其对H₂O₂/O₃氧化效率几乎没有影响。饱和臭氧水分解速度的批处理实验也有相似的结果。由此可见,合适引发剂浓度可能是保证臭氧类高级氧化技术较高效率的关键,否则只会导致氧化剂的无效过快分解。利用氯化硝基四氮唑蓝法对比分析了酸性条件下H₂O₂/O₃、锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃和金红石TiO₂/H₂O₂/O₃体系产生超氧自由基(·O₂^-)的量,其大小顺序为:H₂O₂/O₃< 金红石TiO₂/H₂O₂/O₃< 锐钛矿TiO₂/H₂O₂/O₃,这与前面结果吻合很好。     

不同晶型TiO2消光PET的流变性能研究

分别以金红石型二氧化钛(TiO₂)粉体和锐钛矿型TiO₂粉体为消光剂,通过原位聚合制备不同TiO₂粉体含量的消光聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),研究了不同晶型TiO₂消光PET的流变性能。结果表明:在剪切速率()为4000~7000 s^-1,金红石型TiO₂和锐钛型TiO₂消光PET熔体的表观黏度(η_a)随的变化幅度均较小,均具有良好的纺丝稳定性;相同温度下,金红石型TiO₂消光PET的非牛顿指数(n)小于锐钛型TiO₂消光PET,但随着温度升高,金红石型TiO₂消光PET的n上升幅度大,其η_a对变化更为敏感;在常规纺丝条件下,金红石型TiO₂消光PET的黏流活化能(E_η)明显小于锐钛型TiO₂消光PET,TiO₂含量较低时金红石型TiO₂消光PET的η_a对温度变化的敏感程度较小;相同温度下,金红石型TiO₂消光PET熔体的结构黏度指数(η)高于锐钛型TiO₂消光PET;在纺丝温度有波动的情况下,金红石型TiO₂消光PET可纺性好,但其纺丝工艺窗口较窄,应采用更高的纺丝温度以获得良好的纺丝效果。     

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。     

V2O5/（TiO2-SiO2）脱硝催化剂新型制备工艺及性能研究

将偏钒酸铵和羟丙基甲基纤维素搅拌混溶制备滴胶液,以自制的7孔圆柱蜂窝钛硅复合氧化物为载体,采用滴胶涂覆法制备了V₂O₅/（TiO₂-SiO₂）脱硝催化剂。通过X射线衍射（XRD）、程序升温还原（H₂-TPR）、比表面积分析（BET）和催化剂评价等方法对制备的脱硝催化剂进行分析表征。考察了五氧化二钒在钛硅复合氧化物载体上的分布、五氧化二钒涂覆量等对催化剂性能的影响,并就反应温度、反应空速、氨与一氧化氮物质的量比等条件对脱硝催化剂活性的影响进行了研究。实验结果表明,使用五氧化二钒涂覆量为1.2%（质量分数）的V₂O₅/（TiO₂-SiO₂）脱硝催化剂,在反应温度为320 ℃、空速为10 000 h^-1、氨与一氧化氮物质的量比为1.2条件下进行脱硝活性实验,一氧化氮转化率达到93.0%。经与工业脱硝催化剂对比实验表明,制备的V₂O₅/（TiO₂-SiO₂）脱硝催化剂性能优良,并且降低了钒的使用量,节约了生产成本,减少了环境污染。     

金属氧化物掺杂高岭土纳米 二氧化钛光催化复合材料研究

以高岭石为载体,以钛酸四丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备金属氧化物掺杂高岭土纳米二氧化钛光催化复合材料。采用X射线衍射（XRD）、红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱（Raman）对复合材料进行表征,并通过在紫外光下降解云母珠光工业废水来考察其光催化性能。研究了不同金属氧化物掺杂浓度对复合材料光催化活性的影响。实验结果表明：金属氧化物三氧化二铁、氧化锌掺杂使锐钛矿二氧化钛晶相特征衍射峰宽化,掺杂生成钛铁矿、红锌矿新相,影响锐钛矿二氧化钛结晶度。在紫外光下降解6 h,掺杂质量分数为0.5%的三氧化二铁对废水降解率为98.8%,掺杂质量分数为1.5%的氧化锌对其降解率为91.4%。     

纳/微复合结构TiO2负载催化剂的加氢脱硫性能

以传统固相烧结法制备的不稳定的层状K₂Ti₂O₅为前驱体, 直接将钛酸钾晶须进行离子交换得到具有纳微复合结构的TiO₂载体, 等体积浸渍法制备出MoO₃/TiO₂催化剂, 运用SEM、XRD、BET、TEM等技术手段对载体和催化剂进行表征, 并考察了该TiO₂复合结构负载催化剂的加氢脱硫催化活性。SEM和XRD分析显示:该纳微米复合结构是由纳米颗粒与微米晶须构成的特殊结构, 拥有不同形貌和尺寸的TiO₂却具有相同的锐钛矿相。与单独TiO₂纳米粒子和TiO₂晶须相比, TiO₂复合结构负载催化剂表现出更佳的脱硫催化能力, 在温度310℃、压力2.1 MPa、体积空速6 h^-1、氢/油体积比600条件下, 催化剂表现出优异的DBT脱硫性能。     

Cu2O/TiO2催化甲醛乙炔化反应的载体效应

以不同温度焙烧的TiO₂为载体,CuCl₂·2H₂O为铜源,NaOH为沉淀剂,L-抗坏血酸钠为还原剂,采用液相还原-沉积沉淀法制备了Cu₂O/TiO₂,借助X射线粉末衍射（XRD）、H₂程序升温还原（H₂-TPR）、N₂-物理吸附、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等手段,研究了TiO₂载体焙烧温度对Cu₂O/TiO₂甲醛乙炔化反应性能的影响。结果表明,低温焙烧得到的TiO₂载体以锐钛矿相存在,与Cu₂O物种间具有弱的相互作用,使得Cu₂O被过度还原为金属Cu,催化活性较低。随着载体焙烧温度的升高,TiO₂中出现金红石相,Cu₂O与载体间相互作用增强,Cu₂O高效转变为乙炔亚铜活性物种,使催化剂表现出最佳的催化性能。     

流化床气相水解制备高纯二氧化钛

针对TiCl₄气相水解制备TiO₂粉体存在Cl含量高的问题，开展了流化床TiCl₄气相水解制备高纯TiO₂。系统地研究了反应条件、煅烧后处理对TiO₂粉体的纯度、形貌、晶型、比表面积的影响。结果表明，TiO₂内部结构和晶型的转变有利于Cl的脱除；提高煅烧温度使TiO₂的内部结构由多孔疏松向致密结构转变，晶型结构由锐钛矿相向金红石相转变，从而有利于提高Cl的脱除率；与空气煅烧比较，水蒸气气氛下的脱氯效率明显提高，归因于水蒸气与TiO₂颗粒内残余的多羟基氯化物进一步反应；氢气气氛下可进一步提高Cl的脱除率，800℃煅烧2 h后Cl的脱除率达到95%，主要归因于氢气还原TiO₂使其晶型结构发生转变。     

二氧化钛相变研究现状

综述了二氧化钛由锐钛矿型向金红石型转变的影响因素,重点研究了温度调控与添加剂调控对二氧化钛锐钛矿型向金红石型转变的影响和作用机理。结果表明：温度调控能直接有效地促进二氧化钛锐钛矿型向金红石型转变;掺杂熔点低于TiO2的金属氧化物V2O5、SnO2等,离子半径与Ti4+半径相近的Fe3+、V4+、Ce4+等,以及体积小的低价阴离子Cl-、F-等都能促进TiO2由锐钛矿型向金红石型转变。     

Interfacial potassium induced enhanced Raman spectroscopy for single-crystal TiO2 nanowhisker

Structural control and element doping are two popular strategies to produce semiconductors with surface enhanced Raman spectroscopy(SERS) properties. For TiO_2 based SERS substrates, maintaining a good crystallinity is critical to achieve excellent Raman scattering. At elevated temperatures(N600 °C), the phase transition from anatase to rutile TiO_2 could result in a poor SERS performance. In this work, we report the successful synthesis of TiO_2 nanowhiskers with excellent SERS properties. The enhancement factor, an index of SERS performance, is 4.96 × 10~6 for methylene blue molecule detecting, with a detection sensitivity around 10~(-7) mol·L~(-1).Characterizations, such as XRD, Raman, TEM, UV–vis and Zeta potential measurement, have been performed to decrypt structural and chemical characteristics of the newly synthesized TiO_2 nanowhiskers. The photo absorption onset of MB adsorbed TiO_2 nanowhiskers was similar to that of bare TiO_2 nanowhiskers. In addition, no new band was observed from the UV–vis of MB modified TiO_2 nanowhiskers. Both results suggest that the high enhancement factor cannot be explained by the charge-transfer mechanism. With the support of ab initio density functional theory calculations, we reveal that interfacial potassium is critical to maintain thermal stability of the anatase phase up to 900 °C. In addition, the deposition of potassium results in a negatively charged TiO_2 nanowhisker surface, which favors specific adsorption of methylene blue molecules and significantly improves SERS performance via the electrostatic adsorption effect.     

Photocatalytic oxidation of methyl parathion over TiO2 and ZnO suspensions

The photocatalytic degradation of methyl parathion in aqueous solutions, using two different photocatalysts (TiO₂ and ZnO) has been investigated. The degradation of methyl parathion follows first order kinetics according to the Langmuir–Hinshelwood model. Complete degradation is achieved within 45 or 150 min when treated with illuminated TiO₂ or ZnO, respectively. It was observed that the initial rate increases linearly with an increase of the amount of catalyst up to a level where it reaches a plateau corresponding to the optimum of light absorption. The addition of an oxidant (K₂S₂O₈) leads to an increase in the rate of photooxidation. Moreover, illuminated TiO₂ suspensions were proved to be more effective in mineralizing the insecticide compared to ZnO suspensions. Measurements of phosphate, sulfate and nitrate ions gave valuable information about how this process is achieved. Addition of the oxidant enhances mineralization for both photocatalytic systems. Up to eight by-products were identified by GC–MS technique during the photocatalytic degradation of the insecticide that proceeds via oxidation, hydroxylation, dealkylation and hydrolysis of the ester group reaction pathways. Finally, the toxicity of the treated solution was reduced only in the presence of TiO₂, while ZnO suspensions appear to increase the toxicity due to photo-dissolution of ZnO releasing zinc in the treated solution.     

Mesostructured SiO2-doped TiO2 with enhanced thermal stability prepared by a soft-templating sol–gel route

Mesostructured SiO₂–TiO₂ mixed oxides have been prepared by a soft-templating sol–gel route, using a non-ionic triblock copolymer as structure-directing agent. Tetraethylorthosilicate (TEOS) and titanium tetraisopropoxide (TTIP) have been employed as Si and Ti sources, respectively. Using a prehydrolysis TEOS step allows mixed oxides to be produced with a homogeneous porosity and with no phase segregation, in a wide range of Si/Ti compositions. Both the hydrolysis molar ratio and the silicon content have been found to be important factors determining the final properties of these materials. For instance, mixed oxides containing low silicon concentrations exhibit N₂ physisorption isotherms typical of mesoporous materials, although with an important contribution of microporosity. On the other hand, increasing the hydrolysis molar ratio makes more difficult to reach a total dispersion of SiO₂ through the TiO₂ matrix. Even with low SiO₂ loadings, the thermal stability is effectively enhanced, when compared to the equivalent pure TiO₂ materials, as a consequence of a delay in the titania crystallization to anatase. Thus, after calcination at 300 °C for 3 h, mixed oxides containing low Si/Ti ratios (20/80) show BET surface area in the range 290–346 m²/g, while pure TiO₂ materials largely collapse under the same treatment and their BET surface area drop strongly to values around 125 m²/g. This synthesis route, therefore, provides mesoporous TiO₂-rich materials with enhanced stability and textural properties, which is of high interest for applications as catalysts and supports.     

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。     

二氧化钛-钒酸铋复合材料光催化降解布洛芬的研究

为综合二氧化钛、钒酸铋光催化剂的性能,制备了二氧化钛-钒酸铋复合光催化剂,并以布洛芬为目标降解物,与二氧化钛、钒酸铋光催化剂的光催化性能进行了对比。以钛酸丁酯为原料,加入无水乙醇、盐酸、去离子水,采用凝胶法制备了二氧化钛光催化剂;以五水硝酸铋、偏钒酸铵为原料,加入浓硝酸、氢氧化钠,制备了钒酸铋、二氧化钛-钒酸铋复合光催化剂。此制备方法简便、高效。在可见光照射下,使用二氧化钛、钒酸铋、二氧化钛-钒酸铋3种光催化剂对布洛芬进行光催化降解,并将3种光催化剂分别联合过氧化氢对布洛芬进行光催化降解,考察了3种光催化剂的光催化性能。结果表明,未加入过氧化氢条件下,3种光催化剂的光催化性能由大到小的顺序为二氧化钛-钒酸铋、二氧化钛、钒酸铋;加入电子捕获剂过氧化氢后,提高了光催化剂降解布洛芬的效率,减少了电子-空穴对的复合速度,并且3种光催化剂的光催化性能由大到小的顺序为二氧化钛-钒酸铋、钒酸铋、二氧化钛。