水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料的制备与应用（英文）

TiO_2纳米颗粒具有较强的氧化性,作为光催化剂,可以在阳光照射下减少或消除有机污染物。为提高TiO_2纳米颗粒分散性和溶解性,研究其在不同领域,特别是环境保护领域的应用,本实验室用两步法制备得到黄色透明的水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料。在这个杂化体系中,有机磺酸基团作为冠层可以提供"自溶剂"成为TiO_2纳米粒子的分散体。分散实验表明:TiO_2离子液体纳米杂化材料表面的水溶性有机物在水中具有良好的溶解性,容易去除,可应用于家居装饰表面。光催化降解甲醛的研究表明:TiO_2离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO_2离子液体纳米杂化材料有望成为未来环境保护的发展方向。     

二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析

采用溶剂热法合成具有高结晶性与单分散性的TiO₂纳米棒. 采用TEM、XRD、HRTEM等对样品的微观结构进行表征, 并考察了TiO₂纳米棒对亚甲基蓝的光催化性能. 通过控制反应时间、反应温度, 研究纳米棒的形貌演变规律.结果表明, 可以通过“奥斯特瓦尔德熟化”和“取向接触”两种晶体生长过程制备出棒状TiO₂纳米晶, 降低纳米晶的表面能是晶体生长与形貌演变的主要驱动力; 高结晶性的TiO₂纳米棒具有高于P25的光催化能力.     

聚酰亚胺/TiO2纳米杂化膜的制备及表征

将间苯二胺，2,2’-双三氟甲基-4,4’-联苯二胺和2,3,3’,4’-联苯四甲酸二酐反应得到可溶性聚酰亚胺(KPI)，再把KPI与TiO₂溶胶共混，经流延制膜并热亚胺化后得到PI/TiO₂纳米杂化膜。通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜和能谱仪对PI/TiO₂纳米杂化膜的成分、结构和形态进行表征。结果表明，TiO₂已成功引入PI基体中，并以纳米尺寸均匀分布。热重分析和拉伸实验表明，TiO₂的引入提高了PI/TiO₂纳米杂化膜热的稳定性和力学性能。紫外-可见光谱表明，TiO₂的掺入并不影响PI/TiO₂纳米杂化膜的光学透过率。分别研究了PI/TiO₂纳米杂化膜对亚甲基蓝和刃天青的光催化活性。24 h内，PI/TiO₂(5%)纳米杂化膜对亚甲基蓝的降解率高达96.40%，说明PI/TiO₂纳米杂化膜具有极强的光催化活性，能起到光催化效果的主要原因是杂化...     

离子液体掺杂金属Ru改性TiO2光催化材料的制备及性能研究

准备实验材料与实验仪器设备，制备0、0.1%、0.3%的TiO₂光催化材料，将其标注为纯TiO₂、0.1%浓度Ru的TiO₂、0.3%浓度Ru的TiO₂,测试金属Ru对TiO₂孔径的影响、改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能和光催化反应性能。结果表明：改性TiO₂光催化材料属于介孔类材料，当金属Ru掺入浓度较低时，TiO₂材料性能不会受到影响，随着金属Ru掺入浓度增加，改性TiO₂光催化材料的体积/孔径比增加；TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收性能、光催化降解与离子液体掺杂金属Ru浓度具有正相关关系，离子液体掺杂金属Ru浓度的不断增加，改性TiO₂光催化材料紫外-可见光吸收能力与光催化降解率随之增加。     

量子点/TiO2复合光催化材料的研究进展

近年,光催化技术已被广泛应用于污水处理、CO₂还原、制氢等多个领域。在光催化材料中,TiO₂由于具有化学稳定性高、来源广泛、价格低廉等优点,应用最广泛。但较宽的带隙及较高的电子及空穴复合效率使TiO₂的光催化性能受到极大限制。量子点(QDs)作为一种受量子约束效应影响的纳米尺度粒子,具有载流子易调控和表面位点丰富等优势。因此,研究人员采用不同方法将TiO₂与QDs复合,以增强TiO₂的光催化性能,获得了系列具有优异光催化性能的QDs/TiO₂复合光催化材料。本文主要综述了QDs/TiO₂复合光催化材料的研究进展。首先,阐述了QDs/TiO₂复合光催化材料的制备方法,并就QDs对TiO₂光催化性能的增强机制进行了剖析;然后,总结了QDs/TiO₂复合光催化材料在有机污染物降解、制氢及CO₂还原方面的应用研究进展;最后,围绕QDs/TiO₂复合光催化材料现阶段研究中的关键问题及未来的研究前景进行了展望。      

负载银簇的硅基杂化纳米颗粒制备及其SERS性能

本研究发展了一种简便的“原位还原”策略构建负载银簇的硅基杂化纳米颗粒(Ag@SHNPs)。首先利用两亲性嵌段共聚物PS₈₉-b-PAA₁₆自组装行为和3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)在亲水链段PAA区域的水解缩聚反应形成有机硅胶束杂化纳米结构, 再利用有机硅骨架中丰富的巯基作为还原位点, 原位将银盐转化为银簇, 最终得到负载银簇的硅基杂化纳米颗粒, 并对该杂化纳米颗粒的形貌、结构以及成分组成作了分析。通过测试材料对不同细胞系的毒性验证了其良好的生物相容性。最后以4-巯基苯甲酸(4-MBA)为探针分子, 对硅基杂化颗粒基底的表面增强拉曼散射(SERS)活性进行检测。在532 nm波长的激光激发下, 4-MBA标记的硅基杂化纳米颗粒展示出明显的拉曼信号增强特性, 增强因子约为10⁵。因此, 该硅基杂化基底材料在SERS生物成像和高灵敏检测方面具有潜在的应用前景。     

纳米TiO2/涤纶海岛丝针刺无纺布光催化复合材料的制备及性能

以德固赛P25纳米TiO₂为光催化材料、去离子水为介质,分别以十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（DBS）、聚乙烯毗咯烷酮（PVP）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚丙烯酸钠（PAAS）为分散助剂,制得系列纳米TiO₂光催化分散液。用纳米TiO₂光催化分散液对涤纶海岛丝针刺无纺布（PFN-NWF）进行二浸二轧后整理,得到TiO₂负载的PFN-NWF （TiO₂/PFN-NWF）光催化复合材料。采用激光粒度仪、TEM、SEM、拉伸、透气等表征测试,通过静置、光催化降解辣椒油和甲醛溶液等方法评价。结果表明：分散助剂自身的酸碱属性及分子结构对纳米TiO₂分散体系有重要影响,其中PAAS分散效果最佳;纳米TiO₂在PFN-NWF上包覆均匀,负载率为4.79%,负载牢度高;自然光照射60 min,试样上2 mL油污达到完全自清洁效果;300 W氙灯照射2 h,TiO₂/PFN-NWF光催化复合材料试样对甲醛的降解率达到95.98%,5次循环使用后,降解率为90.19%。     

纳米TiO2改性丙烯酸酯增透膜的研究

将丙烯酸酯共聚物与纳米TiO₂利用羟基之间的缩合反应形成有机-无机杂化材料，涂覆于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜表面后，可提高基体薄膜的透光率，最高可达93.0%,性能优于共混改性材料。此外，薄膜表面接触角也在涂覆后有明显上升。经过热重分析可知，纳米TiO₂缩合改性后的杂化材料热分解温度高于纯共聚物和共混改性材料。     

纳米TiO2/碳化植物纤维复合材料的制备与光催化性能

以碳化植物纤维(CPF)为载体,将纳米TiO₂附着于纤维表面,通过浸渍煅烧法和溶剂热法合成纳米TiO₂/CPF复合光催化剂,并对其光催化性能进行了研究。通过SEM、HRTEM、XRD、EDS分析了纳米TiO₂/CPF复合光催化剂的微观结构和化学组成;以光催化降解亚甲基蓝为模型反应,考察复合材料中不同纤维种类和TiO₂负载量对光催化活性的影响。结果表明,在一定范围内随TiO₂负载量的增加,纳米TiO₂/CPF复合材料光催化性能先增强后减弱。纳米TiO₂/CPF复合材料的光催化性能明显提高是由于在TiO₂和碳纤维界面的良好电荷分离能力。降解染料的活性物种有超氧负离子和羟基自由基,但羟基自由基是主要物种。此外,浸渍煅烧法和溶剂热法生成的纳米TiO₂在纤维表面的存在形式不同,浸渍煅烧法生成纳米TiO₂薄膜,包裹纤维;而溶剂热法生成的TiO₂结晶成纳米颗粒,附着于纤维表面。      

纳米二氧化钛的制备、改性及其在聚合物基复合材料中的应用研究进展

基于纳米二氧化钛（TiO₂）作为添加剂制备的复合材料具有优异的耐温性、抗老化性等,而且由于其特殊的光催化活性,在通过吸收紫外光能量后具有较强的抗菌杀菌能力,因此在涂料、化妆品和医学等领域具有广泛的应用。然而,受纳米尺寸效应影响,纳米TiO₂在聚合物基体中存在易团聚、难分散的缺点,使其应用受到限制。因此,需要通过多种表面改性方法调控纳米TiO₂的表面性质,增强其与聚合物基体相容性。本论文首先详细阐述了纳米TiO₂的制备、表面改性方法及机制,并综述了近期纳米TiO₂改性聚合物基复合材料方面的研究进展。最后,讨论了纳米TiO₂聚合物复合材料研究中存在的主要问题,并展望了其未来的发展方向。     

Nanomaterials for photovoltaic conversion

A promising route for photovoltaic conversion has emerged from the combination of electroactive nanomaterials and small bandgap polymers. The formation of bulk heterojunctions resulting from the extended interfaces leads to efficient dissociation of the charge pairs generated under sunlight shown by the rapid extinction of the polymer photoluminescence for increasing contents of fullerenes or TiO₂ nanoparticles in MEH-PPV or PVK. Unconventional elaboration routes of the blends have been developed to increase the nanofiller dispersion and inhibit phase separation at high concentration. The size reduction of the acceptor domains led to a complete quenching of the radiative recombinations, obtained by specific solvent processing of MEH-PPV / C₆₀ nanocomposites or sol gel elaboration of TiO₂ nanoparticles in a PVK film. A simultaneous increase of the photocurrents could be achieved by the dispersion and size optimisation of the nanofillers. In situ generation of silver particles in MEH-PPV provides an example of enhanced charge separation induced by the plasmon resonance at the metal/polymer interface. The strong influence of the molecular morphology on the nanocomposite properties emphasizes the large improvements which can still be gained on the performances of organic solar cells.     

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

海藻基CDs-Cu-TiO2复合材料的制备及其光催化性能

光催化降解技术能够高效去除废水中的有机污染物, 具有广阔的应用前景。本研究以海藻为碳源, 采用微波水热法制备海藻基碳量子点(CDs), 并进一步合成CDs-Cu-TiO₂复合材料作为可见光催化剂用于污染物降解。结果表明, 复合材料中CDs、Cu²⁺与TiO₂紧密结合在一起, 可见光区吸收明显增强, 荧光发射效率降低。CDs与Cu²⁺的引入产生协同效应, 使复合材料的禁带宽度降低到2.35 eV, 并有效抑制了电子-空穴的复合。以罗丹明B为污染物模型的光催化性能实验显示, 海藻基CDs-Cu-TiO₂复合材料在可见光照射下降解RhB的一级反应速率常数能够达到纯TiO₂纳米颗粒的6.4倍, 150 min降解率接近100%, 是TiO₂纳米颗粒的2倍。     

硅油两步脱水法可控制备纳米二氧化钛透镜

利用纳米粒子由下而上的组装来制备具有亚波长特征结构的新材料已成为操控并利用光的重要手段。本研究报道了一种新的纳米组装技术——即硅油两步脱水法, 该方法利用油水界面的流变性和限制效应, 实现了可批量、高重复性地将15 nm的二氧化钛(TiO₂)纳米粒子组装成具有高折射率、高透明度的光学材料, 并对其组装过程及机理进行了详细的分析。此外, 该方法还可实现TiO₂纳米粒子与其他纳米材料, 如金(Au)纳米粒子、Au纳米棒、Au纳米立方块或氧化石墨烯之间均匀的复合, 制备出TiO₂/Au或TiO₂/氧化石墨烯复合材料。其中, TiO₂纳米粒子的复合可使Au纳米粒子、Au纳米棒或Au纳米立方块的表面等离子体吸收峰产生显著的红移, 表明该组装法为未来制备功能性复合光电器件提供了有效的途径。     

Behaviors of different dispersers on morphologies of porous TiO2 films

TiO₂ films with nanoparticles dispersed by using three different additives such as acetylacetone, Emulsifier OP-10, and polyethylene glycol, respectively. It is found that for the TiO₂ films produced with appropriate amount of Emulsifier OP-10, there are no reaggregation of TiO₂ nanoparticles with pores of about 5–20 nm. By adding polyethylene glycol, the pore size of the TiO₂ films could be in the range from about 50 to 200 nm. However, by using acetylacetone, aggregations of TiO₂ nanoparticles always exist in the TiO₂ films. The related mechanism on the aggregation of nanoparticles in the TiO₂ slurries is discussed.     

纳米TiO2共混改性PVDF复合膜的制备和性能

将锐钛矿TiO₂纳米颗粒共混于铸膜液中,用溶致相转换分离法制备了纳米TiO₂改性PVDF膜,并对复合膜的结构进行了表征,研究了TiO₂纳米粒子含量对复合膜性能的影响。结果表明,随着TiO₂纳米粒子含量的增加,复合膜的表面水接触角降低、亲水性提高,纯水通量逐渐增加（TiO₂浓度<8%）,复合膜对于蛋白质吸附量降低、膜的抗污染能力提高。当LiC1的浓度（质量分数,下同）为2%、PEG600的浓度为2%、PVDF的浓度为20%、TiO₂的浓度为5%-8%时,杂化膜的孔径大小均匀,TiO2颗粒负载于PVDF膜的骨架中。与PVDF膜比较,TiO₂/PVDF复合膜的亲水性提高、对蛋白质的吸附降低、抗污染能力增强。此复合膜对Cu（Ⅱ）表现出良好的吸附-脱附性能,在150 min内对Cu（Ⅱ）的吸附率为82.19%。     

Au纳米粒子/双层TiO2周期结构的制备及其对乙醇的电催化性质

利用二次阳极氧化法成功制备了双层TiO₂纳米管周期结构。通过改变氧化电压可以有效地调整双层TiO₂纳米管的管径, 从而控制样品的形貌。通过实验优化确定双层TiO₂周期结构的制备条件为一次氧化电压60 V, 二次氧化电压40 V。利用原位光还原法, 在TiO₂周期结构表面负载了Au纳米粒子并研究了前驱体溶液浓度与光照时间对样品的影响。在0.05 mmol/L HAuCl₄溶液中光照90 min后得到的Au纳米粒子具有最优的形貌与分布。这种绿色的原位光还原法因为避免使用保护剂与还原剂而有效提高了Au纳米粒子的催化活性。制备所得的Au/TiO₂周期异质结构可以直接作为工作电极用于乙醇的电催化氧化, 并表现出了良好的催化活性与稳定性。除了Au纳米粒子, 其他金属纳米粒子如Ag、Pd、Cu等均可通过该方法成功负载于双层TiO₂纳米管周期结构上。这种新型的异质结纳米结构作为燃料电池的阳极材料表现出了巨大的潜力。     

SiO2或TiO2纳米粒子/含氟聚丙烯酸酯复合涂层的制备及其防腐蚀性能

通过在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)溶液中添加固体纳米粒子,经涂覆热固化后得到了厚度约为1 μm的SiO₂或TiO₂纳米粒子/PFHI复合涂层,考察了SiO₂或TiO₂两种纳米粒子质量分数对复合涂层表面性质和防腐蚀性能的影响。利用Tafel极化曲线和电化学交流阻抗(EIS)测试研究了复合涂层在3.5wt% NaCl溶液中的电化学防腐蚀性能,并运用XPS、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、TG-DTA、SEM、光学接触角(OCA)手段对复合涂层进行表征。结果表明,添加SiO₂或TiO₂纳米粒子均可大幅提高PFHI涂层的电化学防腐蚀性能,SiO₂与PFHI质量比为0.3的SiO₂/PFHI复合涂层电荷转移阻抗值R_ct与PFHI涂层相比上升了2个数量级。SiO₂或TiO₂纳米粒子增大了涂层表面粗糙度,与PFHI紧密结合形成致密的复合涂层,提高了涂层的疏水性和致密性,从而改善了涂层的抗腐蚀性能。      

硅烷改性纳米TiO2-Zn-Al/水性环氧涂层的防腐性能

为实现纳米TiO₂颗粒的均匀分散,首先对纳米TiO₂进行硅烷改性,再通过溶液共混法制备出不同纳米TiO₂添加量的硅烷改性纳米TiO₂-Zn-Al/水性环氧复合涂层。研究了纳米TiO₂与Zn-Al片层粉在涂层中的综合作用。利用XRD和FTIR分析涂层的物相组成和组织结构,SEM和EDS表征涂层表面的微观形貌和元素组成,采用极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）研究涂层的耐腐蚀性能。EDS和FTIR表明,经改性的纳米TiO₂均匀分散于涂层中,纳米TiO₂与环氧树脂的枝联作用使涂层更加致密。EIS结果显示,由于Zn-Al片层粉与纳米TiO₂的枝联和填充作用,使添加纳米TiO₂的硅烷改性纳米TiO₂-Zn-Al/水性环氧涂层腐蚀行为较未添加纳米TiO₂时有所减缓。当纳米TiO₂添加量增加到4wt%时,硅烷改性纳米TiO₂-Zn-Al/水性环氧涂层的腐蚀电流密度为9.86×10^-6 A/cm²,比未添加纳米TiO₂的涂层高一个量级。     

Synthesis of defect-rich hierarchical sponge-like TiO2 nanoparticles and their improved photocatalytic and photoelectrochemical performance

Defect-rich hierarchical sponge-like TiO₂ nanoparticles were successfully synthesized via the combined one-step hydrothermal method and chemical reduction approach. SEM and TEM images showed their porous structure densely packed with even smaller TiO₂ particles, while photocatalytic results manifested their superior photocatalytic performance and high stability. The RhB solution (10 ppm) could be absolutely degraded in 60 min, and the degradation rate was twice that of the sample without the treatment by NaBH₄. Besides, the TC solution (10 ppm) could be removed by 74.3% in 20 min. PEC measurements also displayed that the photoelectrode based on such defect-rich TiO₂ nanoparticles had small resistance and improved charge transfer rate. The improved performance can be assigned to rich defects and phase junctions, which was supported by characterization results. The presence of rich defects and phase junctions could not only promote the separation of photogenerated charge carriers, but also accelerate the electron transfer, beneficial for both the photocatalytic and the PEC performance. It is expected that the obtained hierarchical sponge-like TiO₂ nanoparticles with rich defects have great potential for photocatalytic applications.