溶胶浓度对锐钛矿TiO2溶胶光催化反应的影响

以溶胶-凝胶工艺,钛酸丁酯、水、无水乙醇、盐酸摩尔比1200160.3的体系,制备出含有锐钛矿晶体、可光催化降解罗丹明B的氧化钛溶胶,并研究了溶胶浓度对降解罗丹明B的光催化反应的动力学影响.随锐钛矿溶胶浓度的降低,光催化反应速度变慢,反应的半衰期增大.降解罗丹明B的光催化反应可分为两个阶段;第二阶段历时约50～60 min,为破坏罗丹明B分子结构的阶段,90%以上的罗丹明B分子在此阶段被降解;最终罗丹明B的降解率可达97%以上.     

溶胶-凝胶法制备含有片状锐钛矿晶体的免烧型氧化钛薄膜

采用溶胶-凝胶法,在设计的反应体系中制备了锐钛矿型氧化钛溶胶,并采用浸渍提拉法在载玻片上成膜,无需常见研究中的高温热处理,即可获得锐钛矿型氧化钛薄膜.将氧化钛溶胶在40℃烘干后进行XRD测试,发现氧化钛粉末为锐钛矿型结构.对薄膜的扫描电镜分析,发现薄膜中存在片状的锐钛矿晶体.片晶的宽度约30 nm,长度从200 nm～1 μm不等.由于含有片状的锐钛矿晶体,所得的氧化钛薄膜可在紫外线激发下降解罗丹明B.光催化反应进行120 min时,罗丹明B的降解率达到45%.     

溶胶-凝胶法低温原位合成锐钛矿片状晶体

以溶胶-凝胶工艺,采用"钛酸丁酯-水-无水乙醇-盐酸"体系,在低温下制备出具有光催化性能的二氧化钛溶胶.X射线衍射(XRD)测试显示,溶胶在40℃干燥后所得粉体,无需热处理即为锐钛矿晶型;对溶胶进行X射线吸收精细结构(XAFS)分析,证明溶胶的液相中存在锐钛矿结构,且溶胶具有1年以上的长期稳定性;将溶胶成膜后进行扫描电镜分析,观察到片状的锐钛矿晶体,长度10 nm～1 μm,宽度均相近约30 nm.由于含有锐钛矿晶体,溶胶(而非常见的粉体或者薄膜)在紫外光照下可使罗丹明B在15 min内分解约40%.     

免烧型氧化钛薄膜的微观结构和光催化动力学

以溶胶-凝胶工艺和"钛酸丁酯-水-无水乙醇-盐酸"体系,制备出含有锐钛矿晶体的氧化钛溶胶,溶胶成膜后无需煅烧即可具备光催化性能.作者总结锐钛矿溶胶成膜的"铺展-挥发-收缩-分区-成岛"过程,建立起"岛屿模型",并在扫描电镜图中观察到片状锐钛矿晶体的聚集体,证实了模型的合理性;以免烧型薄膜降解罗丹明B水溶液,发现光催化反应在动力学上为一级反应,半衰期为134.6.     

水量对锐钛矿溶胶制备、结构及光催化性能的影响

选择“钛酸丁酯-水-乙醇-盐酸”的溶胶．凝胶反应体系，考察反应物水的用量变化对反应过程、溶胶结构和光催化性能的影响，并获得了含有锐钛矿晶体、具有光催化性能的氧化钛溶胶。钛酸丁酯与水的摩尔比为1：2、1：4、1：8时，会逐渐形成凝胶，溶胶常温干燥后的粉体呈无定型结构，透射电镜中只能观察到细小的成膜粒子，溶胶不能使罗丹明B溶液分解褪色。钛酸丁酯与水的摩尔比为1：40、1：100、1：200时，钛酸丁酯发生充分水解，有可能形成稳定的溶胶；溶胶常温干燥后的粉体呈锐钛矿晶型，且结晶强度随水的用量的增加而增强；透射电镜中可观察到松散的团聚体、初显正方形较为紧密的结晶体和致密规则的正方形锐钛矿晶体；各溶胶均可催化降解罗丹明B使其褪色。     

锐钛矿TiO2溶胶紫外、可见、红外光降解罗丹明B

采用溶胶-凝胶合成路线,通过反应体系的配方设计和工艺控制,在常温下获得含有锐钛矿晶体的氧化钛溶胶.核磁共振证实,前驱体钛酸丁酯在水过量体系中完全水解,生成无机产物;透射电镜中,可观察到溶胶中纳米级的正方体形锐钛矿晶体;在200～1000 nm波段内整百单波长光线照射下,溶胶均可使罗丹明B降解,即溶胶具有紫外、可见、近红外的宽光谱激发响应能力.量子效应产生的亚稳态次能级和原位生长导致的晶体缺陷,可拓宽氧化钛对光线的利用范围,并提高电子和空穴的量子产率.     

锐钛矿TiO2溶胶成膜过程中的晶体变形研究

采用溶胶-凝胶工艺,在60℃水浴下制备出含有正方体型锐钛矿晶体的氧化钛溶胶,并对溶胶的成膜过程进行了研究.研究发现,锐钛矿溶胶成膜过程中,正方体型的锐钛矿晶体会解体成片状等新的晶体形状.不同的成膜方式、不同的基材种类、稀释与否等因素对成膜后的晶体形状有较大影响,可通过这些因素对晶体变形过程进行一定程度的调整和控制.     

酸催化剂对TiO2溶胶晶粒形貌及光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯为前驱体,常温合成含有一定晶型晶粒的TiO2溶胶,考察了不同种类的酸催化剂对二氧化钛纳米晶形貌和光催化活性的影响.采用X射线衍射、透射电镜、扫描电镜等测试手段分析样品中纳米晶的微观形貌与结构,并以罗丹明B为目标催化物测试了溶胶的光催化性能.实验发现,酸根对纳米晶的结晶类型有很大的影响盐酸和硝酸作催化剂时,为锐钛矿和板钛矿;硫酸、氢氟酸和醋酸为催化剂时则为锐钛矿.其中,硫酸为催化剂制备的溶胶光催化性能较好.     

锐钛矿TiO2溶胶的光催化反应动力学

采用溶胶-凝胶法制备了具有光催化性能的锐钛矿型TiO2溶胶,并研究了溶胶光催化罗丹明B的反应动力学,发现溶胶的光催化反应过程可分为两个阶段第一阶段为速度较慢的打散罗丹明B分子聚集体的一级反应,第二阶段为速度较快的破坏罗丹明B分子结构的复杂反应.溶胶中锐钛矿晶体的量子效应、比表面积和布朗运动,导致光催化反应体系中同时存在多个不同反应进程的分反应及其后续反应,因此溶胶光催化反应过程较为复杂,可用Boltzmann公式进行数学拟合;而常见的粉体和薄膜的光催化反应过程大多较简单,为零级或一级反应.     

水用量对TiO2溶胶结构与性能的影响

以钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、核磁共振碳谱(13CNMR)等研究手段考察了水用量对TiO2溶胶结构与光催化性能的影响.结果表明水用量决定了钛酸丁酯的水解程度.水用量较小时,钛酸丁酯发生不充分水解,水解产物相互间发生缩聚反应逐渐形成凝胶,溶胶常温干燥后的粉体呈无定形结构,TEM只能观察到细小的成膜粒子,溶胶没有光催化活性;水的用量较大时,钛酸丁酯发生充分水解,可以形成稳定的锐钛矿溶胶,溶胶常温干燥后的粉体呈锐钛矿晶型,且结晶强度随水的用量的增加而增强,TEM可观察到呈正方形的锐钛矿晶体,因此溶胶具有较高的光催化活性.