Ru负载TiO_2纳米管阵列的制备及其光电催化性能

结合阳极氧化法和脉冲沉积法合成了管径约40～70 nm、管壁厚约10 nm、管长约1μm、管壁上附着Ru纳米颗粒的TiO_2纳米管光催化剂(Ru/TiO_2),实现了金属Ru纳米颗粒在TiO_2纳米管表面的均匀负载。研究了RuCl_3浓度和煅烧温度对TiO_2纳米管的微观结构、光吸收特性及光催化活性的影响。结果表明:Ru的负载使Ru/TiO_2纳米管的光学带隙值有所减小,光响应阈值发生红移;锐钛矿相TiO_2与少量金红石相TiO_2可形成异质结,纳米Ru可俘获光生电子,两者都可促进光生电子-空穴对的分离,从而提升降解效率;另外,外加偏压也可促进光生电子-空穴对的分离,从而进一步提升降解效率。当脉冲沉积液中RuCl_3浓度为0. 05 mol·L~(-1),经600℃煅烧后的Ru/TiO_2纳米管阵列的光催化活性最好,对甲基橙降解1 h,紫外光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的38. 6%和48. 5%提升至52. 0%和70. 5%,可见光下的光催化和光电催化分解比例由纯TiO_2纳米管的7. 1%和17. 2%提升至36. 3%和75. 2%。     

溶胶-凝胶法合成纳米TiO_2光催化材料工艺性能的研究

以钛酸丁酯为前驱体,聚乙二醇为模板剂,通过溶胶-凝胶工艺合成纳米TiO_2光催化材料。利用XRD、SEM、UV-Vis对试样进行表征,以甲基橙模拟污染源,测试不同煅烧温度下纳米TiO_2样品在紫外光照射下的催化活性。研究结果表明:样品在500、600℃煅烧时为单一的锐钛矿相,当温度升高到700℃时,为锐钛矿相与金红石相的混合相。双相组织晶粒细小,分散有序,形成相对有序的孔道结构,大大提高光催化的性能,最大吸收峰出现在波长432 nm处,吸收速度快,效果好。     

气相爆轰合成纳米TiO_2粉末的实验研究

以H_2/Air预混气体为爆炸源,在自制爆炸反应管中通过气相爆轰制备纳米TiO_2粉末。探讨了不同初始条件(初始温度25~200℃;H_2/Air混合比0.2~0.8)下管内爆轰压力的变化规律,同时借助XRD和TEM对不同初始温度下爆轰合成及高温煅烧的纳米TiO_2粉末的晶粒尺寸、晶相成分、形貌特征等进行表征。结果表明:以化学当量比预混的H_2/Air为爆炸源时,管末端的爆压最大;随着H_2含量的增加,管末端的爆压最终提高了39.03%,且增长速率先增后减;初始温度的上升使管末端的爆压最终降低了36.86%。气相爆轰合成的纳米TiO_2粉末(锐钛矿和金红石混晶),其晶粒尺寸随初始温度的升高先增后减,且其锐钛矿相含量逐渐减少;爆轰产物在高温煅烧过程中,锐钛矿相向金红石相转变的相变温度在700~900℃左右,且产物晶粒尺寸随煅烧温度的上升而逐渐增加。     

水热温度对钛片表面制备TiO2纳米棒的影响

以NaOH为溶剂,利用水热法在医用钛表面制备了TiO_2纳米棒,系统研究了水热温度对产物的影响以及TiO_2纳米棒的生长机制。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和接触角测定仪分析钛表面生成产物的形貌、物相组成和钛表面与水的接触角。结果表明,水热过程中,温度决定了产物的结构和形貌。当NaOH浓度为5 mol/L、热处理温度为450℃、水热温度为130℃时,钛表面可以生成分布及尺寸均匀、长度基本一致的TiO_2纳米棒,其长度约为200 nm,直径约为20 nm,有望最大限度地提高钛植入材料的生物活性。     

pH值和煅烧温度对共沉淀法制备ITO纳米粉末的影响

以纯度为99.99%的纯金属In和SnCl4·5H2O为原料,采用化学共沉淀法制备铟锡氧化物(ITO)纳米粉末。对ITO前驱体进行TG-DSC分析,并借助XRD、SEM、TEM、BET、XPS等分析测试方法对ITO粉末的物相组成、显微形貌和粒度进行表征;研究反应终点pH值和煅烧温度对制得的ITO粉末物相组成、显微形貌和粒度的影响。结果表明:在液相中加入硅酸钠,反应温度为60℃,反应终点pH值约为8,陈化60 min,在750℃煅烧2 h的条件下,所制得的ITO纳米粉末不含SnO2相,为单相结构,是1种立方结构的In2O3固溶体;粉末纯度很高(99.99%),粒径均匀,颗粒尺寸在30~60 nm之间,比表面积为34.26 m2/g,形貌为近球形,且团聚系数小。     

离子交换法制备Ag/Ag_(1.69)Sb_(2.27)O_(6.25)光催化纳米粉末的表征与光催化性能

以K_2H_2Sb_2O_7·4H_2O和AgNO_3为原料,采用离子交换法合成Ag/Ag_(1.69)Sb_(2.27)O_(6.25)光催化纳米粉体材料,利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、X射线光电子能谱、紫外漫反射及紫外可见-分光光度计等,分析和测试不同煅烧温度下所得纳米粉体的物相、形貌、结构以及光学性能,并通过对盐酸四环素(TC-HCl)的可见光下光降解实验测定材料的光催化性能。结果表明:Ag/Ag_(1.69)Sb_(2.27)O_(6.25)颗粒直径约为100～150nm,颗粒表面附着有尺寸为10 nm的球状单质纳米Ag颗粒。随煅烧温度升高,Ag/Ag_(1.69)Sb_(2.27)O_(6.25)纳米颗粒表面的凹陷变小,逐渐转变为完整球状,粉末颜色从灰色转变为黄色。煅烧温度为250℃的Ag/Ag_(1.69)Sb_(2.27)O_(6.25)纳米材料(Ag/ASO-250)的光催化活性最高,为900℃煅烧材料的催化活性的7倍。光催化降解反应进行到90 min时,AgSbO_3-ssr,N-TiO_2,和Ag/ASO-250催化降解TC-HCl的降解率分别为65%,77%和90%,这表明与固相烧结的AgSbO_3和N-TiO_2相比,Ag/ASO-250具有更强的光催化活性。     

可见光下掺N附Ag纳米TiO_2的光催化降解甲基橙

采用溶胶–凝胶法制备纯TiO_2和掺氮TiO_2纳米颗粒(N-TiO_2),然后通过光催化还原在其表面附Ag,得到表面附Ag的纳米TiO_2(即Ag/TiO_2)和掺N附Ag纳米TiO_2(即Ag/N-TiO_2),利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FE-SEM)、光致发光光谱仪(photoluminescence spectroscopy,PL)、X射线光电子能谱(XPS)以及紫外可见漫反射光谱分析(UV-VIS DRS)对TiO_2及其掺杂改性后的组成和结构、光吸收性能以及可见光下对甲基橙溶液的光催化活性等进行表征。结果表明,所有样品均为锐钛矿型,Ag/TiO_2的平均晶粒度为20.4 nm;N以替代型N-Ti-O、间隙型Ti-O-N(或氧化态Ti-O-N-O)的形式存在于晶格中,银以Ag0形式附着在TiO_2表面;N掺杂抑制TiO_2晶粒的生长,并抑制光生电子与空穴的复合,从而促进TiO_2对可见光的吸收;表面附Ag对TiO_2晶格没有明显影响,但在450~580 nm可见光区产生强烈的表面等离子吸收带并延长至近红外区。TiO_2及其掺杂改性后对甲基橙的光催化效果为Ag/N-TiO_2Ag/TiO_2N-TiO_2TiO_2(或Degussa P25),Ag/N-TiO_2在可见光下对甲基橙(p H=3)进行光催化降解,150 min时降解率达到95%。     

金属离子掺杂对离子液辅助制备纳米TiO_2性能的影响

以过渡金属(Cr、Fe、Ni和Zn)掺杂为手段,以溶胶凝胶为制备方法,以离子液2—羟基咪唑甲酸盐为微观结构调控试剂,制备了TiO_2纳米粒子。将样品备好后,在500℃的条件下进行煅烧处理,用BET、XRD、DRS等手段进行结构表征,以酸性蓝92为模拟污染物对其光催化性能进行测定。研究结果表明,经过渡金属掺杂后的TiO_2纳米颗粒比纯TiO_2具有更高的比表面积和更小的粒径尺寸。过渡金属的掺杂使TiO_2的吸收光谱向可见光的方向移动。在紫外灯照射下,水溶液中酸性蓝92的光降解结果为:过渡金属离子的存在使TiO_2纳米颗粒的光催化活性得到了明显增强。     

氧化镁稳定氧化锆纳米粉末的制备与物相分析

以草酸为络合剂,采用溶胶–凝胶法制备一系列氧化镁稳定氧化锆粉末Zr1 xMgxO2 x(0.04≤x≤0.10),利用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)等分析技术对粉末进行表征。结果表明,掺杂氧化镁后,低温350~450℃煅烧产物晶型为四方相(t-ZrO2),随煅烧温度升高,t-ZrO2逐渐向m-ZrO2转变。在550℃下煅烧时,少部分四方相转变为单斜相(m-ZrO2),转变比例随掺杂量增加而降低。Mg2+取代Zr4+产生氧缺陷是ZrO2晶体结构稳定的主要因素。随煅烧温度从350℃升高到650℃,Zr0.92Mg0.08O1.92粉末中t-ZrO2晶粒尺寸从42 nm长大到100nm;随Mg掺杂量从0.04增加到0.10,t-ZrO2晶粒尺寸从110 nm减小到97.8 nm,而纳米尺寸晶粒有利于t-ZrO2稳定。     

低量Y3+掺杂对TiO2光催化活性的影响

利用溶胶-凝胶法在煅烧温度600 ℃制备了不同Y3 掺杂量的纳米TiO2粉体,并用XRD技术对样品进行了表征.研究了Y3 掺杂量对样品相结构、晶粒尺寸和光催化降解亚甲基蓝的活性的影响,利用相结构与纳米TiO2光催化活性关系探讨了Y3 掺杂对纳米TiO2的光催化活性.结果表明,适量掺杂Y3 可以提高其光催化活性.当Y3 掺杂量为0.04%, 纳米TiO2粉体的光催化活性最佳,降解率为94.6%,其金红石相含量为9.8%,平均粒径为12 nm,Y3 掺杂强烈地抑制TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸这两方面均有利于提高光催化活性.     

钆掺杂TiO_2纳米管的制备及光致发光性能研究

采用溶胶-凝胶法及500℃煅烧工艺制备了纯的和不同Gd掺杂量的TiO_2纳米粉,并以其为前驱物,通过微波水热合成法制备了相应的TiO_2纳米管,利用场发射扫描电镜(FESEM),场发射透射电镜(FETEM),X射线衍射(XRD)和荧光光谱(FS)仪等对样品进行表征,考察不同Gd的掺杂量对TiO_2纳米粉及纳米管形貌、结晶度和光致发光性能的影响。结果表明,纯的TiO_2纳米粉为15 nm左右,随着Gd掺杂量的提高,煅烧后TiO_2纳米粉粒径降低;当Gd含量为2%时,TiO_2纳米粉粒径减小到10 nm左右。纯的和掺杂Gd的TiO_2纳米管形貌均为两端开口,内中空,管的直径为8 nm左右,长度为100~500 nm,说明Gd掺杂含量对TiO_2纳米管的形貌影响不大。XRD分析表明,TiO_2纳米管的结晶度普遍低于纳米粉的结晶度,而适当Gd元素掺杂使TiO_2纳米管能保持一定的结晶度。另外,Gd掺杂量也影响TiO_2纳米粉以及纳米管的FS信号强度。随着Gd掺杂量的增加,TiO_2纳米管的FS信号强度有先增加后降低的变化趋势,当Gd掺杂量为0.5%和0.2%时,TiO_2纳米管的FS信号强度达到最大值。     

碳铵沉淀法制备纳米氧化铈的研究

采用碳铵沉淀工艺进行了纳米氧化铈制备的研究,探讨了表面活性剂的加入量对氧化铈颗粒大小的影响,随着表面活性剂量的增加氧化铈颗粒粒径减小;煅烧温度对氧化铈粉末性能影响较大,随着煅烧温度的升高氧化铈粉末的晶粒尺寸增大,比表面积减小,煅烧温度为450℃时就已经形成了立方相的氧化铈。优化工艺条件制备出了单一粒径小于50nm、团聚体粒度重量累积中值粒径D50<150nm,粉末比表面积大于15m2/g,粉末的团聚常数(D50/DBET)小于6,形状为球形的纳米氧化铈粉末。     

纳米氧化铁的制备工艺研究

采用Fe(NO3)3·9H2O晶体为原料,配成10%Fe(NO3)3溶液,并在溶液中加入少量氨水控制其pH值为2.0~2.5,通过喷雾干燥方法和球磨制备出纳米级氧化铁粉末。采用XRD、SEM、TEM对粉末相组成、晶粒尺寸、形貌和粒度进行表征。结果表明,通过喷雾干燥方法制备出来的粉末为非晶态,粉末煅烧后得到纳米晶α-Fe2O3,粉末的形貌为壳状或半片状,但粒度较大。通过球磨使粉末的粒度细化到20~60nm。同时本文也研究了煅烧温度和时间对粉末晶粒大小的影响,提高煅烧温度对粉末晶粒长大影响较大,而延长煅烧时间对粉末晶粒长大几乎无影响。     

采用琼脂包覆法制备TiO_2纳米薄膜及其光催化性能研究

采用琼脂包覆法制备TiO_2纳米薄膜,并研究所制备的TiO_2纳米薄膜的光催化性能。用XRD、BET、FESEM、FTIR、EDX和紫外—可见漫反射光谱等方法对薄膜进行了表征。结果表明,采用琼脂包覆法可以减小TiO_2的粒径到20 nm,而采用一般溶胶凝胶法制备的TiO_2晶粒尺寸为30 nm左右。琼脂包覆法制备的TiO_2薄膜粒子均匀分布,无裂纹。紫外—可见漫反射光谱的结果分析表明,采用琼脂包覆法制备的TiO_2纳米薄膜具有更小的带隙,120 min内对亚甲基蓝的去除率达到71%。且在5次循环处理之后,琼脂包覆法制备的TiO_2纳米薄膜仍然保持很高的活性。依据反应特性对添加了琼脂的TiO_2形成薄膜的机理进行了探讨。     

TiO_2-ZnO复合材料的制备及光催化性能研究

以二氧化钛(TiO_2)和氧化锌(ZnO)粉体为前驱体,通过固相法合成了不同ZnO摩尔分数(x)的TiO_2-ZnO复合粉体材料。复合材料的结构、形貌及性能分别用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱仪等仪器进行了表征,同时研究了不同ZnO摩尔分数和煅烧温度对TiO_2-ZnO复合材料结构和形貌的影响及复合材料对甲基橙的光催化活性。结果表明,煅烧温度对复合材料的结构和形貌影响很大。当t=600℃,x=0.440时,TiO_2-ZnO粉体由纤锌矿结构的ZnO、锐钛矿结构的TiO_2和少量的Ti_3Zn_3O_(0.5)共同组成,且界面颗粒接触紧密。ZnO和TiO_2的复合不仅提高了复合材料在紫外区的吸收,而且也增强了其在可见光区的吸收。另外,TiO_2-ZnO复合材料(x=0.440)对有机染料甲基橙有非常好的光催化活性,在紫外光照射120 min后甲基橙的降解率高达95.7%。     

自组装TiO_2分级结构材料的制备及性能研究

采用水热法合成了梭形TiO_2分级结构材料,运用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对其形貌、结构进行了表征和分析,考察了水热温度、乙酸加入量对TiO_2样品的影响,并研究了其光催化性能。结果表明,所制备TiO_2分级结构材料为锐钛矿相,是由纳米晶自组装形成的梭形结构,水热温度和乙酸加入量对TiO_2形貌影响不大,但对TiO_2晶粒大小有影响。以甲基橙溶液为模拟污染物研究TiO_2样品的光催化性能,在紫外光照射下,表现出良好的光催化活性。     

La/TiO_2制备及其光催化降解浮选药剂酯-105的研究

采用溶胶-凝胶法制备稀土元素La掺杂TiO_2(La/TiO_2)纳米光催化剂,通过X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和低温N2物理吸附测试手段对其进行表征,并以浮选捕收剂酯-105为处理对象考察了溶液初始p H值、La掺杂比、煅烧温度、光照强度、催化剂用量以及催化剂重复利用对催化剂活性的影响。表征结果表明,La的掺杂能够抑制TiO_2的晶粒生长,增大其比表面积,扩大其对可见光的响应,从而提高其光催化活性;煅烧温度过高会因TiO_2发生烧结团聚而使其粒径增大、比表面积减小,从而影响其光催化活性。酯-105降解试验结果表明,初始p H为6.30(原溶液)、La掺杂比为0.50%、煅烧温度为450℃、光照为汞灯300 W、催化剂用量为0.3 g·L-1时,光催化活性最强,70 min后,酯-105降解率达99.59%;经验证,该催化剂重复使用4次后,酯-105降解率仍在99%以上,为La/TiO_2的工程实践应用提供了可能。     

低温水热法制备金红石型纳米晶TiO_2颗粒形貌的研究

以四氯化钛和盐酸为反应介质,利用低温水热法制备纯金红石相纳米TiO_2,考察了反应温度和反应时间对TiO_2微结构及形貌的影响.X射线衍射分析表明所有产物均为纯金红石型纳米TiO_2,晶粒尺寸范围4.0～11.5nm.红外光谱和热重分析表明产物TiO_2存在表面羟基和表面水.TEM分析表明,TiO_2形貌和粒径随反应温度或反应时间变化,反应温度60～80℃时样品呈梭形,且彼此聚集呈束状,但120℃以上时呈粒状,且粒径增加.随反应时间(4～40h)延长,TiO_2呈棒状、梭状及球状变化.此外,还对强酸性及低温水热条件下金红石型纳米TiO_2的形成及形貌变化机理作了初步分析.     

Nb含量对机械合金化Cu-Nb合金组织与性能的影响

在金属铜粉中分别加入1.5%和6%的Nb粉(质量分数),通过机械合金化和800℃/2 h/30 MPa条件下真空热压,制备Cu-1.5%Nb和Cu-6%Nb合金,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)以及电导率与硬度测试,研究Nb含量对合金微观组织结构与性能的影响。结果表明,通过机械合金化得到的Cu-1.5%Nb和Cu-6%Nb复合粉末,Cu相平均晶粒尺寸分别约为17和13 nm。Nb含量增加有助于抑制Cu晶粒长大,热压Cu-6%Nb合金中Cu相的平均晶粒尺寸保持纳米级(65 nm),而Cu-1.5%Nb合金的Cu晶粒平均尺寸为亚微米级,约为110 nm。热压过程中脱溶析出的Nb颗粒尺寸分布为双模态,既有尺寸大于100 nm的粗大Nb粒子,也有尺寸小于10 nm的纳米Nb粒子。与Cu-1.5%Nb合金相比,Cu-6%Nb合金的显微硬度(HV)提高了112,但电导率降低约7.54×10~6 S/m。细晶强化和弥散强化是Cu-Nb合金的主要强化机制。     

掺铁TiO_2光催化剂的水热法合成及其氧化降解溴甲酚绿

采用水热法合成了掺铁TiO_2光催化剂,利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)和X射线衍射(XRD)等对产物进行了表征。研究在紫外光(365 nm)照射下用合成的掺铁TiO_2催化降解溴甲酚绿的效果,分析了溴甲酚绿初始浓度、催化剂用量、掺铁量、光照时间等因素的影响;结果表明:自制的光催化剂晶体粉末由TiO_2微米球形成(球径约2.5μm),微米球由呈八面体的TiO_2纳米晶体自组装而成,八面体的三角形边长100~200 nm,晶体长度1.0~1.5μm;掺铁TiO_2晶体结构中含有大量羟基-OH(对应于3400和1636 cm-1的吸收),说明它应有较好的光催化性能。另外,2260 cm-1的吸收是N基的伸缩振动所致,而1126和520 cm-1则分别对应于Ti-O-C和Ti-O-Ti的弯曲振动;合成的掺铁TiO_2的晶型为锐钛矿型(即A-TiO_2);在8 mg·L-1的溴甲酚绿溶液中(p H=7),加入掺铁量7%(摩尔分数)的合成掺铁TiO_2粉末使其用量为0.6 g·L-1,18℃下紫外光照反应3 h,溴甲酚绿的降解率达到86.97%。