二氧化钛催化剂晶型调控技术的研究进展

综述二氧化钛由锐钛矿向金红石晶型转变调控技术的最新成果,分析温度、氧化物和以及离子掺杂对实现晶型转变的影响规律,重点研究氧化物和离子掺杂对晶型转变的影响。结果显示:复合金属氧化物熔点低于TiO2熔点时,可促进锐钛矿型TiO2向金红石型转变;而金属氧化物熔点高于TiO2熔点时,可阻碍晶型转变;掺杂离子的离子半径、化合价、离子大小对二氧化钛晶型转变及催化性能有明显的影响,当掺杂金属离子半径大于或小于Ti4+半径,使得锐钛矿型TiO2更稳定;当掺杂离子的半径与Ti4+半径相近时,有利于锐钛矿型向金红石型转变,而体积较小的低价阴离子有利于金红石型二氧化钛的的生成,体积较大的高价阴离子则有利于锐钛矿型二氧化钛的的生成;阴阳离子共掺杂可以有效地调控二氧化钛晶型转变,并且能够提高TiO2的光催化活性。探讨二氧化钛多晶之间的协同作用,并基于二氧化钛掺杂改性的计算模拟,指出今后的发展方向。     

煅烧温度对二氧化钛纳米晶性能的影响

研究了不同煅烧温度下,锐钛矿相、混晶和金红石相二氧化钛纳米晶的 粒径、比表面积和吸收光谱的变化。经相同的温度煅烧后,金红石相二氧化钛纳米晶的生长速率和比表面积下降速率均大大高于锐钛矿相,表明高温反应或煅烧难以获得金红石相纳米晶,真空热处理的金红石相二氧化钛纳米晶可以保持较高的比表面积和较小的粒径,但易导致非化学配比、晶格缺陷并降低了粉体的性能。     

电子束蒸发二氧化钛薄膜的性质

二氧化钛薄膜具有与化学稳定性一样好的抗机械磨擦力,并且在可见与红外区有相当高的折射率。这些性质使得二氧化钛膜可以用来作光学薄膜。但是当二氧化钛在高真空中被加热时会过早的失氧,因而要获得满价的TiO_2薄膜常常是困难的。本报告中,蒸发是在2×10~(-4)至5×10~(-5)乇的条件下,用电子束装置完成的。研究了基片温度、膜层厚度和蒸发率、化学成分以及折射率的变化。在X射线衍射分析中,发现当基片温度被提升到高于120℃时,膜层是锐钛矿型TiO_2,即是说,由无定形变成锐钛矿型TiO_2的临界温度是120℃。在高淀积率时,金红石型TiO_2与低价Ti_3O_5(Ti_2O_3·TiO_2)同时蒸发。在600mμ时分别测得锐钛矿与无定形薄膜的折射率是2.4和2.15。     

TiO_2纳米粒子及纳米棒在活性碳纤维上的生长研究

通过两步水热方法,在活性碳纤维上依次沉积了锐钛矿型TiO_2纳米粒子及金红石型TiO_2纳米棒,SEM及XRD实验结果表明:在纤维表面预沉积锐钛矿型TiO_2纳米粒子有助于后续金红石型TiO_2纳米棒的生长。随着纳米棒的生长,纳米粒子的质量分数下降。与单纯锐钛矿型TiO_2纳米粒子负载的纤维相比,纳米棒生长时间2.5h相应的混晶TiO_2负载的活性碳纤维显示了对亚甲基蓝较高的光催化活性。在对混晶TiO_2负载的纤维用辛基三甲氧基硅烷处理后,纤维毡的表面显示超疏水性,并且水接触角随纳米棒生长时间的延长而增大。     

纳米TiO_2晶型及粒径对PPESK超滤膜性能影响的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同纳米二氧化钛(TiO_2)晶型、粒径及含量的TiO_2/聚芳醚砜酮(PPESK)超滤膜,通过测定膜水通量、截留率、铸膜液黏度及膜断面的扫描电镜照片,研究纳米TiO_2晶型、粒径及含量对膜性能及结构的影响。结果表明,添加不同粒径的金红石型纳米TiO_2时,粒径较大的TiO_2使得PPESK膜水通量高于粒径较小的TiO_2;添加不同粒径的锐钛型纳米TiO_2时,粒径较小的TiO_2可以使PPESK膜具有更大的水通量和更稳定的截留率;添加不同晶型粒径相似的纳米TiO_2时,锐钛型纳米TiO_2可以更大程度的提高膜的亲水性。通过比较得出,粒径为5nm的锐钛型纳米TiO_2对于PPESK膜改性来说,效果最好,且最佳浓度为0.6%(质量分数)。     

微等离子体氧化法制备TiO2膜的光催化活性研究

用微等离子体氧化法能在钛基体上原位生长多孔TiO2膜,方法简单而且膜层与基体结合牢固.本文研究了反应时间(10、30、60、90min)对所得膜层光催化活性的影响.通过SEM和XRD分析膜层表面形貌和结构,发现随着反应时间的延长,所得膜层微孔增大而且膜层中二氧化钛含量增多.用所得膜层光催化降解罗丹明B,发现当反应时间为60min时,所得膜层具有较高的光催化活性,这归功于所得膜层比表面积增加而且膜层是由以锐钛矿型为主晶相同时含有少量金红石型二氧化钛组成.     

煅烧温度对溶胶-微波法制备Pr掺杂纳米TiO_2及其光学性能的影响

以钛酸丁酯和硝酸镨为原料,采用溶胶-微波法合成纳米Pr-TiO_2。采用X射线衍射、扫描电镜、X射线能谱和紫外-可见光等手段研究了煅烧温度对其晶体结构、表观形貌及光学性能的影响。结果表明:镨的掺杂对纳米TiO_2的形貌及光催化性能有显著影响。镨的掺杂抑制了晶粒的生长,抑制了晶型由锐钛矿相向金红石相的转变。随着煅烧温度的增加,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相逐渐向金红石相转变,并且光催化过程中产生的活性羟基量逐渐减少,光催化活性逐渐降低,其中当煅烧温度为500℃时所合成的纳米Pr-TiO_2的光催化效果最优。Pr掺杂TiO_2提高了可见光的利用率并且红移了50nm。     

不同晶型的TiO2膜表面光致亲水性的研究

采用Sol-gel法在石英玻璃表面制备了TiO2膜,并经过不同温度焙烧得到不同晶相结构的TiO2膜,同时对膜进行了XRD、UV-Vis紫外-可见吸收光谱、SEM、亲水性的表征和比较.结果表明,TiO2膜在450℃焙烧后转为锐钛矿相结构,而700℃焙烧后则完全转变为金红石相结构.在低强度的紫外光照射下,锐钛矿TiO2膜的亲水性优于金红石和无定型态的TiO2膜;但是当光照强度大于1.0 mW/cm2时,锐钛矿、金红石和无定型TiO2膜的亲水性区别不大,无定型TiO2膜在高强度紫外光照射下表现出良好的亲水性.     

偏钛酸爆轰合成纳米TiO2研究

首先对纳米二氧化钛的应用及目前现有的合成纳米二氧化钛技术方法及特点做了简单的介绍。其次主要地介绍了以偏钛酸为原料，混合炸药爆轰合成纳米二氧化钛粉末的研究。并用XRD、TEM、DTA／TG和比表面仪等手段对产物进行了表征，分析结果表明所得的二氧化钛粉末为纳米级，晶型为金红石型和锐钛矿型的混晶，颗粒呈球形和片状，锐钛矿型和金红石型平均晶粒度大小分别为6．8和24nm，纳米粉末的比表面积为116．8m^2／g。     

纳米二氧化钛粉体的多晶型制备及形成机理

本文分别以四氯化钛、硫酸钛和钛酸丁酯为前驱物,研究了水热条件下二氧化钛微晶粉体的结晶晶型、晶粒形貌和晶粒度.采用XRD和TEM等分析手段分别对产物的晶相和晶粒形貌进行表征.实验结果表明:对于200℃水热反应,以四氯化钛为前驱物,通过加入氢氧化钠调节反应介质酸碱度,当溶液pH值小于1时,有利于形成金红石型粉体;当溶液pH值大于3并小于7时,有利于形成锐钛矿型粉体;当溶液ph值大于7时,有利于形成板钛矿型粉体.以硫酸钛为前驱物,通过控制胶体制备工艺及反应温度,制备得到锐钛矿型和板钛矿型粉体.金红石型粉体呈长条柱状,锐钛矿呈菱形或双锥状,板钛矿呈板块状.经过较为系统的实验研究,获得了金红石、锐钛矿、板钛矿三种晶相的粉体,并可通过控制前驱物的种类及酸碱度和水热反应条件随意地制备出以上三种晶相中的单晶相粉体.从结晶学出发,解释了二氧化钛纳米粉体的结晶形貌,并从晶体生长过程及生长机理的角度讨论了二氧化钛同质变体的形成机理.     

TC4钛合金表面阳极氧化制备TiO_2多孔膜的实验研究

以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90~240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。     

TiO_2溶胶改性PVDF中空纤维超滤膜的亲水化研究

通过PVDF铸膜液中添加TiO_2溶胶,采用相转化法制备了PVDF-TiO_2中空纤维共混超滤膜,并经SEM-EDX、亲水性与超滤测试、以及抗污染实验等手段研究了TiO_2溶胶对PVDF中空纤维膜的结构和亲水性能的影响.结果表明:当TiO_2含量为4.5%时,膜的亲水性能较好,抗污染性有明显的改善,在保持截留率基本不变的情况下,纯水通量明显提高,由108L/(m~2·h)提高到244 L/(m~2·h);但过高的TiO_2含量会产生严重的纳米颗粒团聚现象而造成膜的各项性能指标下降.     

采用真空电弧源镀制纳米TiO2薄膜研究

在真空条件下利用真空电弧源在不同基底材料上镀制了TiO2薄膜.对影响镀膜过程和膜层质量的氧气工作压强和偏压等因素进行了研究.X射线衍射结构分析结果显示TiO2薄膜主要以锐钛矿相为主及少量的金红石相.对TiO2薄膜的物理性质、化学性质进行了初步检测.     

酸在制备金红石型纳米TiO2中的作用

以成本低廉的偏钛酸和浓硫酸为起始反应物,采用水热合成法进行了纳米金红石型TiO2的合成研究.研究了制备过程中浓硫酸对偏钛酸的溶解情况,以及水热反应的pH值对TiO2晶型转变的影响.结果表明:只有当偏钛酸完全溶解,并且水热反应时的pH小于等于0.4时,才能制得纯相的金红石型TiO2.     

化学沉淀法制备纳米金红石型TiO2粉体及其性能表征

纳米金红石型二氧化钛是一种重要的无机功能材料,其制备及其应用在当代愈来愈受重视 。本文采用化学沉淀法,将ＺｎＣＯ３包覆在Ｔｉ（ＯＨ）４沉淀上,在５００℃进预焙解,使ＺｎＣＯ３转变为ＺｎＯ,Ｔｉ（ＯＨ）４转变为Ｈ２ＴｉＯ３。     

预涂SiO2的二氧化钛薄膜光催化活性与结构关系

载玻片上浸涂一层常温常压合成的SiO2溶胶后再浸涂TiO2溶胶制备预涂SiO2的TiO2薄膜光催化剂,结果发现浸涂一层SiO2会诱导金红石相TiO2生成,并使TiO2光催化活性提高71．75％,但预涂二层SiO2的TiO2薄膜仅有锐钛型且光催化活性较纯TiO2薄膜降低。这说明适量金红石型／锐钛型的混晶型TiO2具有更好的光催化活性。对TiO2微结构分析显示,TiO2薄膜点阵应变越大,薄膜光催化性能越好。X射线光电子能谱研究表明,预涂一层SiO2的Ti02薄膜Ti^3 含量较纯TiO2薄膜高,预涂二层SiO2的TiO2薄膜Ti^3 含量较纯TiO2薄膜低。扫描电镜分析说明,预涂SiO2的TiO2薄膜表面颗粒粒径较纯TiO2薄膜更小,薄膜颗粒粒径与光催化活性不是简单的一一对应关系。     

粉煤灰微珠-TiO_2复合颗粒制备与性能表征

以粉煤灰微珠为基体,利用TiOSO_4水解法,制备TiO_2包覆微珠复合颗拉。通过扫描电镜、X射线衍射、比表面积、超声振荡和光电子能谱等检测手段,对复合微珠的表面形貌、包覆层相组成、比表面积、包覆层与基体结合强度与结合方式进行了研究和探讨。检测与分析表明:得到的复合微珠表面包覆层为均匀非连续包覆,包覆层主要为金红石相,包覆后微珠比表面积比未包覆前提高了超过600倍,且包覆层颗粒与基体结合强度较高,二者间存在化学键的联结。     

Ce掺杂对TiO_2晶型转变的影响

以钛酸四丁酯以及六水合硝酸铈为原料,采用溶胶-凝胶法制备了纯的和Ce掺杂的TiO2粉体,研究了不同掺杂量对TiO2晶形转变产生的影响。结果表明,Ce离子的掺杂阻碍了TiO2粒子由锐钛矿型向金红石型的转变,拓宽了锐钛矿型TiO2的使用温度范围;TiO2晶粒的尺寸的变化是随着焙烧温度的升高逐渐长大,随掺杂量的增加逐渐减小。TiO2粉体粒子在锐钛矿型状态下,颗粒分散较为均匀,并且无明显团聚现象。     

Mg中间层对纳米钛表面TiO2薄膜微结构和动态凝血时间的影响

采用直流磁控溅射技术在纳米钛表面沉积Mg/TiO_2双层薄膜,研究了Mg中间层对纳米钛表面TiO_2薄膜微结构、动态凝血时间和界面结合力的影响。结果表明,Mg中间层对纳米钛表面TiO_2薄膜微结构、动态凝血时间和界面结合力有显著影响。预制Mg中间层后,纳米钛表面TiO_2薄膜由金红石相(含少量锐钛矿)转变为MgTiO_3、Ti_2O_3和少量金红石相;纳米钛表面TiO_2薄膜沿Mg膜晶界生长成微米级团簇,而团簇内部具有纳米畴特征;纳米钛表面TiO_2薄膜的凝血时间由17 min提高到40 min;纳米钛表面TiO_2薄膜的界面结合力由17N提高到36 N。     

APCVD法沉积温度对TiO2薄膜结构的影响

利用APCVD方法在浮法玻璃表面沉积了TiO2薄膜,并用XRD和AFM分别研究了不同沉积温度下薄膜的晶型结构以及表面形貌.结果表明,随着沉积温度的升高,薄膜的晶型逐渐由无定形态转变为锐钛矿和金红石,薄膜的表面平均粗糙度逐渐变大.