油酸修饰TiO2纳米棒的溶剂热合成及形貌调控研究

采用溶剂热法在两种不同反应体系中制备TiO₂ 纳米棒, 采用X射线粉末衍射法(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)和热重分析(TG)对产物的结构、形貌和表面修饰状态进行表征。结果表明, 表面修饰和结晶过程是影响TiO₂ 纳米棒形貌的主要因素, 在无水反应体系中, 当钛盐与油酸配比为1︰10时所制TiO₂ 纳米棒的长径比可达11.5, 是相同配比水解反应体系产物的2.3倍。这一方面是因为油酸在TiO₂表面的选择性吸附促使晶粒沿一维方向生长, 增加其用量提高了纳米棒的长径比; 另一方面, 无水体系反应速率较水解体系缓慢, 有利于晶粒的充分生长和纳米棒之间的“定向附着”, 显著增大了纳米棒的长径比。所得最佳长径比TiO₂ 纳米棒对变压器油的正冲击击穿强度显示出良好的改性作用。     

水溶性TiO2离子液体纳米杂化材料的制备与应用

TiO₂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TiO₂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TiO₂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TiO₂纳米粒子的分散体。分散实验表明：TiO₂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：TiO₂离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO₂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。     

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。     

具有高活性(001)晶面的TiO2纳米方块的制备及光催化性能

采用水热法制备了尺寸为70~100 nm, 具有高活性(001)晶面的锐钛矿相TiO₂纳米方块, 利用FE-SEM、TEM、XRD和UV-Vis DRS等手段对催化剂结构和光吸收性能进行分析, 同时考察了水热反应温度和溶液pH对TiO₂形貌和(001)晶面暴露率的影响。以酸性红染料为目标污染物, 对催化剂的光催化活性进行研究。实验结果表明, 合成TiO₂纳米方块的最佳条件为水热温度180℃、溶液pH=4~5。(001)晶面的光催化活性优于(101)晶面, 具有33%(001)晶面暴露率的TiO₂纳米方块的光催化活性是普通TiO₂的1.6倍。     

TiO2/Co3O4复合纳米颗粒的制备及其光催化制氢性能

通过碳辅助法和溶胶-凝胶法制备了具有可见光下光催化制氢性能的TiO₂/Co₃O₄复合纳米颗粒。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 以及紫外可见分光光度计表征了复合纳米颗粒的晶体结构、微观形貌和紫外-可见光谱吸收能力。结果表明, 制备的复合纳米颗粒具有良好的晶型、结构以及紫外可见光吸收能力。实验测试了TiO₂/Co₃O₄复合纳米颗粒在模拟太阳光下的光催化制氢性能, 并研究了其光催化制氢的可重复利用性。结果表明, 在模拟太阳光照射下, 该复合纳米颗粒催化纯水产生氢气的速率约为8.25 μmol/(g·h), 且该复合纳米颗粒具有良好的可重复利用性。     

脉冲激光喷涂一步合成黑色二氧化钛复合涂层

为实现黑色纳米TiO₂有效负载, 提高实际应用能力, 本研究提出了脉冲激光溅射喷涂的方法。在石英玻璃基底上一步制备了非晶分子筛和金红石型TiO₂纳米晶的黑色复合涂层, 表征了复合涂层表面形貌, 测定了复合涂层粉末的光谱吸收性能、物相结构、化学价态以及光催化性能。研究结果表明: 涂层为2~5 μm球体堆积成的多孔结构, 在整个可见光区具有较强的吸收能力。脉冲激光溅射喷涂过程中, 分子筛高温熔融急冷转变为非晶态结构, TiO₂则由锐钛矿型转变为金红石型; 其中Ti⁴⁺离子部分被还原为Ti³⁺离子, 缩小了禁带宽度。脉冲激光溅射喷涂技术实现了黑色纳米TiO₂快速负载, 且在全光谱和可见光条件下仍表现出良好的光催化能力。     

光降解苯酚用rGO/Mo@TiO2纳米复合材料的制备及性能表征

利用溶胶-凝胶法,制备了TiO₂和Mo@TiO₂纳米粒子。采用液相沉积法,将TiO₂和Mo@TiO₂纳米粒子沉积到GO上面,制备了rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料。利用SEM、XRD、XPS、FT-IR和拉曼光谱分别对TiO₂、Mo@TiO₂、rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂样品的形貌、晶型结构、离子状态以及材料的复合情况进行了研究;利用紫外-可见分光光度计测定了样品的UV-Vis吸收光谱。结果表明,制备的所有样品中的TiO₂均为锐钛矿型,且GO大部分被还原成了rGO;Mo@TiO₂、rGO/TiO₂和rGO/Mo@TiO₂样品的UV-Vis吸收光谱谱带向可见光区域内明显移动,纳米复合材料可见光利用率得到明显提升;Mo和rGO的引入,使样品的Ti2p和Mo3d光谱强度降低,XPS光谱均发生了红移,从而导致TiO₂表面化学环境发生变化,特征峰向较高的结合能处偏移;SEM分析表明,rGO和TiO₂之间具有良好的相互作用,在rGO表面沉积Mo@TiO₂颗粒后,其形貌保持不变,形成了rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料;rGO/Mo@TiO₂纳米复合材料的光催化活性最高,3 h对p-NP的降解率为84%,而TiO₂、rGO/TiO₂和Mo@TiO₂3 h对p-NP的降解率分别为26%,42%和61%。     

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。     

从天然辉锑矿中制备硫化锑纳米棒及其性能探究

以天然辉锑矿为原料, 在聚乙二醇(PEG)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的辅助下, 利用水热法合成了硫化锑(Sb₂S₃)纳米棒。探讨了Sb₂S₃纳米棒的形成机理, 并系统研究了不同制备条件对产物形貌与性能的影响。采用一系列表征方法对产物的晶型、成分、形貌、光电性能进行了探究, 并以可见光为光源、甲基橙为目标降解物评价了纳米Sb₂S₃的光催化活性。研究表明, 经160℃水热反应12 h可得到厚约50 nm的Sb₂S₃纳米片, 在氮氛中400℃热处理1 h后, 纳米片将转变为宽100~200 nm, 长2~3 μm的Sb₂S₃单晶纳米棒。制备的Sb₂S₃纳米棒为直接半导体, 能带间隙为1.66 eV。光催化测试表明, 制备的Sb₂S₃纳米棒在可见光下对甲基橙的光催化降解率高于商业Sb₂S₃试剂, 60 min后, 甲基橙的降解率达87.6%, 表现出明显的可见光活性。     

多孔钼钛氧化物的自支撑制备及其结构转变

通过MoO₃与TiO₂相互支撑的方法制备了一系列多孔钼钛氧化物, 并在此基础上研究了该材料结构在随焙烧温度变化过程中的转变机制, 通过XRD、BET、FESEM、TG/DTG等表征分析, 当焙烧温度低于600℃时, MoO₃呈固体状态, 通过MoO₃与TiO₂相互支撑可以制备出比表面积高达182 m²/g的介孔钼钛氧化物, 可负载更多分散良好的MoO₃, 其加氢脱硫性能显著优于常规浸渍法制备的催化材料; 当焙烧温度高于600℃时, MoO₃呈熔融状态, “自支撑效应”消失, 钼钛氧化物孔结构发生坍塌。     

Template-free fabrication of TiO2 hollow spheres and their photocatalytic properties

Submicrometer-sized anatase TiO(2) hollow spheres were fabricated through a template-free solvothermal route using TiCl(4) as a raw material and a mixture of alcohols-acetone as solvent. Control of the hollow spheres' size was achieved by adjusting the ratio of alcohols to acetone. Products were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), high resolution TEM, X-ray photoelectron spectra (XPS), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FT-IR), and thermogravimetric (TG) analysis. It was found that the formation process of the TiO(2) hollow spheres might include the hydrolysis of Ti(IV) with the water formed from the solvothermal etherification reaction, the aggregation of the anatase TiO(2) nanoparticles, and the Ostwald ripening. Furthermore, the as-prepared TiO(2) hollow nanostructures exhibited good photocatalytic activity for the degradation of phenol.     

钛酸盐一维纳米材料向TiO2纳米材料的水热转化研究

采用强碱性水热处理法分别控制第一次水热反应为160℃和200℃,制备出一维纳米管和纳米棒2种形貌的产物,将其作为第二次水热反应的前驱体,考察了第二次水热体系中pH值和温度对TiO2纳米材料的晶相组成及其微观形貌的影响;采用XRD、TEM以及HRTEM对样品进行了分析.结果表明,当以纳米管为前驱体时,除在pH=0的体系中得到了以金红石相为主的单晶纳米棒外,在pH值为2、4和7的条件下均得到了单晶纯锐钛矿相TiO2纳米颗粒.当以纳米棒为前驱体时,在pH=0的体系中得到了金红石相与板钛矿相共存的纳米棒和纳米颗粒混合产物;在pH值为2、4和7的条件下均得到了纯锐钛矿相TiO2纳米棒;当二次水热温度低于180℃时,前驱体没有转化完全,所得产物为前驱体与锐钛矿相TiO2共存的纳米棒;当水热温度为180℃和210℃时,产物为纯锐钛矿相纳米棒.     

蝴蝶结状TiO2纳米粒子的制备及其光催化性能研究

以四甲基氢氧化铵（TMAOH）为结构导向剂,钛酸四丁酯（Ti（OBu）4）为钛源,低温水浴处理,再经180℃下水热晶化制备纳米TiO2,采用FT-IR、XRD、TEM、UV—Vis等测试手段对其结构和形貌进行表征,并通过苯酚的光催化降解实验测试其光催化性能,结果表明,TiO2为锐钛矿相,结晶度高,所得TiO2粒子为纳米棒,界面清晰,规整度高,经紫外光照6h后,对苯酚的降解率可达62．3％,具有较高的光催化活性。     

Preparation and enhanced daylight-induced photocatalytic activity of C,N,S-tridoped titanium dioxide powders

A simple method for preparing highly daylight-induced photoactive nanocrystalline C,N,S-tridoped TiO2 powders was developed by a solid-phase reaction. The as-prepared TiO2 powders were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), UV-vis diffuse reflectance spectra, N2 adsorption-desorption measurements and transmission electron microscopy (TEM). The photocatalytic activity was evaluated by the photocatalytic oxidation of formaldehyde under daylight irradiation in air. The results show that daylight-induced photocatalytic activities of the as-prepared TiO2 powders were improved by C,N,S-tridoping. The C,N,S-tridoped TiO2 powders exhibited stronger absorption in the near UV and visible-light region with red shift in the band-gap transition. When the molar ratio of CS(NH2)2 to xerogel TiO2 powders (prepared by hydrolysis of Ti(OC4H9)4 in distilled water) (R) was kept in 3, the daylight-induced photocatalytic activities of the as-prepared C,N,S-tridoped TiO2 powders were about more than six times greater than that of Degussa P25 and un-doped TiO2 powders. The high activities of the C,N,S-tridoped TiO2 can be attributed to the results of the synergetic effects of strong absorption in the near UV and visible-light region, red shift in adsorption edge and two phase structures of un-doped TiO2 and C,N,S-tridoped TiO2.     

Controlled fabrication of TiO2 rutile nanorod/anatase nanoparticle composite photoanodes for dye-sensitized solar cell application

We present a straightforward procedure to prepare composite photoanodes which consisted of TiO2 rutile nanorods/anatase nanoparticles synthesized under hydrothermal conditions, with the ratio of rutile to anatase controlled simply by adjusting the volume of nitric acid. The as-prepared TiO2 composites exhibited high specific surface area, light-scattering effect, and good crystallinity. The dye-sensitized solar cells (DSCs) using the TiO2 composites showed higher short-circuit photocurrent and overall conversion efficiency than the DSC from pure-anatase nanoparticles. The highest conversion efficiency was achieved from the DSC based on TiO2 nanocomposites with 24 wt% rutile nanorods, which was attributed to improved light harvesting caused by the enhancement of specific surface area and scattering effect from rutile nanorods.     

Low-temperature Preparation of Photocatalytic TiO2 Thin Films on Polymer Substrates by Direct Deposition from Anatase Sol

Anatase TiO2 sol was synthesized under mild conditions （75℃ and ambient pressure） by hydrolysis of titaniumn-butoxide in abundant acidic aqueous solution and subsequent reflux to enhance crystallization. At room temperature and in ambient atmosphere, crystalline TiO2 thin films were deposited on polymethylmethacrylate （PMMA）, SiO2-coated PMMA and SiO2-coated silicone rubber substrates from the as-prepared TiO2 sol by a dip-coating process. SiO2 layers prior to TiO2 thin films on polymer substrates could not only protect the substrates from the photocatalytic decomposition of the TiO2 thin films but also enhance the adhesion of the TiO2 thin films to the substrates. Field-emission type scanning electron microscope （FE-SEM） investigations revealed that the average particle sizes of the nanoparticles composing the TiO2 thin films were about 35-47 nm. The TiO2 thin films exhibited high photocatalytic activities in the degradation of reactive brilliant red dye X-3B in aqueous solution under aerated conditions. The preparation process of photocatalytic TiO2 thin films on the polymer substrates was quite simple and a low temperature route.     

多元酸修饰剂对水热法制备金红石型TiO2纳米棒的影响

采用偏钛酸和浓硫酸为原料制备TiOSO4溶液,采用碳酸钠水解,多元酸为表面修饰剂,进行了粒径可控的金红石型TiO2纳米棒的水热合成研究.并用X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制得的样品进行表征.结果表明:多元酸修饰剂的加入对TiO2纳米棒的尺寸大小及尺寸分布影响很大,并对修饰剂的作用机理进行了讨论,修饰剂的位阻效应、羧基的络合作用及TiO2微晶表面的疏水性对TiO2纳米棒的大小和分布起着重要作用.     

Fabrication of TiO2 nanoparticles loaded on coal fly ash composite with enhanced photocatalytic activity

By immobilized on the coal fly ashes, the TiO2 nanoparticles photocatalysts were obviously improved in removing organic compounds of the contaminated water. These composite catalysts were fabricated by three different methods involving hydrothermal method, physical blending and sol-gel method. The resulting materials have been characterized by XRD, SEM and FTIR. The photocatalytic activity of these as-prepared samples was assessed by photocatalytic degradation of methylene blue (MB) aqueous solution at ambient temperature under UV-light irradiation. The experimental results indicated that TiO2 nanoparticles were tightly dispersed on the surface of spherical coal fly ash particles, where the adsorption ability of the catalysts is effectively promoted. It was found that the catalysts prepared by hydrothermal method exhibited the highest photocatalytic activity than that prepared by physical blending or sol-gel method which mainly resulted from the synergistic effect of TiO2 nanopartcles and coal fly ashes.     

高效光催化降解气相苯纳米TiO2微球的制备EI北大核心CSCD

以四氯化钛为钛源,尿素为沉淀剂前驱物,硫酸钠为分散剂,利用水热法在水-醇体系中制备出纳米TiO2微球。运用X射线衍射、电子显微镜、N2吸附-脱附和紫外-可见光谱等手段表征样品的结构和性质,并考察了水热温度对纳米TiO2微球结构及光催化降解气相苯活性的影响。结果表明,此类微球由纳米颗粒组成,且比表面积大,介孔结构明显,光吸收出现明显的“蓝移”。光催化结果显示,微球具有很高的光催化活性,尤其是180℃下制备的微球仅用20min将苯完全去除,但生成CO2的量仍随时间有所增加,表明微球的强吸附性能促进其光催化降解过程,且矿化率高达5.5,是P25(2.7)的2倍。     

四方排列有序Ag/TiO2空心微球的制备及光催化性能

采用低温垂直沉积法制备了聚苯乙烯(PS)胶体模板,由于低温下粒子热运动受到抑制,排列时发生位错,因此模板中存在大面积四方排列结构。然后采用化学镀法、溶胶-凝胶法在PS微球表面依次沉积银纳米粒子、纳米TiO2,最后高温煅烧除去模板制备了四方排列有序Ag/TiO2空心微球。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)对样品进行表征。结果表明这种材料很好地保持了模板的四方排列,具有高度有序的纳米结构。选择降解甲基橙溶液来检验样品的光催化性能,并与纳米TiO2薄膜、四方排列TiO2空心微球的光催化性能进行比较,结果表明四方排列Ag/TiO2空心微球具有最佳的光催化性能。这是有序空心纳米结构和银纳米粒子的沉积共同作用的结果。