Pt/TiO_2纳米薄膜的制备及光催化气相甲醇制氢的研究

通过溶胶-凝胶法制备了Pt/TiO2纳米薄膜,并在气相连续流动装置中,对甲醇的光催化脱氢反应进行了研究。将Pt/TiO2薄膜催化剂与TiO2薄膜催化剂的光催化活性进行了比较,考察了产氢量甲醇浓度、光照时间的关系,以及空速、反应温度对甲醇转化率的影响。结果表明,经过还原后分散于TiO2薄膜表面的Pt是以Pt2+及Pt0价态存在的。Pt/TiO2纳米薄膜是未负载Pt的纳米薄膜光催化活性的28倍。增加甲醇蒸汽的浓度会使产氢速率增大;当甲醇浓度在29%时,产氢速率达到最大,为4.68mmol/h。醇的转化率随着空速的增加而减小。该反应在一定的浓度范围内是一级反应,其反应的活化能为26.19kJ/mol。     

铝合金表面制备二氧化钛薄膜及其光催化活性研究

分别以阳极氧化处理的6061铝合金和纯铝为载体,用液相沉积的方法在载体上制备了二氧化钛薄膜.结果表明,在6061铝合金上的TiO2纳米薄膜呈现带有孔洞的竹节状结构,而纯铝基片上的TiO2纳米薄膜具有良好的一维贯通结构.这主要是在AAO模板制备过程中,由于铝合金中的合金元素Mg被氧化,其产生的氧化物体积比Al2O3的体积小所致.在铝合金表面的TiO2薄膜光催化性能优于纯铝表面的TiO2薄膜.铝合金表面制备的TiO2薄膜因其特殊的带孔洞的竹节状结构,使其比表面积比纯铝上的TiO2薄膜大,因此其光降解甲基蓝效果更好.TiO2对甲基蓝的光催化降解符合一级反应动力学公式,在0.1 mol/L的氟钛酸铵溶液中沉积得到的TiO2薄膜光催化性能最好,表观反应速率为k=0.00444/min.     

TiO_2光催化分解水制氢研究进展

简要介绍了光分解水制氢的原理,综述了近年来TiO2在光催化制氢方面研究的最新进展,围绕如何提高TiO2光催化产氢的效率,指出未来光催化制氢的研究方向。以钛酸丁酯为原料,采用改进的溶胶-凝胶法制备ITO负载纳米TiO2薄膜,通过XRD,SEM和UV-Vis等检测方法对薄膜样品进行表征,并考察其在双室光电化学池中制氢反应的光催化活性。结果表明,纳米TiO2薄膜为锐钛矿-金红石混晶结构,当溶胶中P25粉末含量为0.09g/mL时制备的TiO2薄膜产氢量最大,光催化性能较好。     

改进溶胶-凝胶法制备纳米TiO_2薄膜及其光催化制氢性能

以钛酸丁酯为原料,采用改进的溶胶-凝胶法制备ITO负载纳米TiO2薄膜,通过XRD、SEM和UV-Vis等检测方法对薄膜样品进行表征,并考察其在双室光电化学池中制氢反应的光催化活性。结果表明:纳米TiO2薄膜为锐钛矿-金红石混晶结构,当溶胶中P25粉末含量为0.09g/mL时制备的TiO2薄膜产氢量最大,光催化性能较好。     

PEO改性纳米TiO2/LDPE复合薄膜的光降解性能

以聚氧乙烯(PEO)改性纳米TiO2颗粒作为光催化剂,与低密度聚乙烯(LDPE)树脂复合制备了一种新型可光催化降解的TiO2/LDPE纳米复合薄膜,进行了该薄膜在空气中紫外光照下的光催化降解实验。通过表面接触角、失重率、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)等分析技术系统地研究了该复合薄膜的降解性能。结果表明,PEO的加入能提高薄膜的亲水性和TiO2的分散性,提高TiO2的光催化活性,有利于促进LDPE薄膜的降解。TiO2/PEO/LDPE复合薄膜在0.8mW/cm2紫外光强下照射425h,失重率达到15.2%;在4mW/cm2紫外光强下照射500h,失重率达到38.1%。光照后薄膜的拉伸强度和断裂伸长率显著降低,羰基指数升高。     

循环伏安法初探纳米TiO2电极产生·OH的光催化行为

将纳米TiO2粉体分散在钛酸四丁酯中制成纳米TiO2胶体溶液,在ITO上涂膜烧结制成纳米TiO2薄膜电极。利用循环伏安法发现纳米TiO2薄膜电极表面有.OH产生,并进一步利用电子自旋共振(ESR)谱来检测.OH的产生情况。得到在自然光下,纳米TiO2薄膜电极吸收紫外光能量后产生了空穴(h ),与吸附在电极表面的水分子反应产生.OH。通过降解甲醛的实验,初步验证了.OH光催化降解甲醛的机理。     

氨气热处理对TiO2自组装薄膜光催化性能的影响

利用静电自组装工艺制备了结构有序的TiO2/PSS纳米多层膜,并在不同工艺条件下对薄膜进行热处理.利用UV-Vis吸收光谱、XRD、α台阶膜厚测试仪等手段对薄膜的性能进行了表征,研究了工艺条件对薄膜光催化性能的影响.结果表明:TiO2/PSS纳米多层膜在450℃氨气气氛中热处理后具有很好的光催化性能,薄膜的响应深度约为120nm,热处理过程中氨气流量小所得薄膜光催化性能佳.     

TiO2薄膜溅射工艺参数对其光催化性能的影响

利用中频交流反应磁控溅射方法制备TiO2薄膜光催化剂,研究了溅射工艺参数对薄膜光催化能力的影响.采用动态反应系统,紫外光源为TUV,降解对象为0.02 mmol/L亚甲基蓝溶液.结果发现:Ar/O2混合反应溅射在O2分压大于9%之后亦可制备出光催化能力与纯O2溅射相近的TiO2薄膜.TiO2薄膜厚度是影响其光催化降解能力的最敏感因素,800 nm以下TiO2薄膜降解能力基本与厚度成正比.TiO2薄膜在黑暗环境下长期放置,光催化性能会出现一定下降,但紫外光预照射可以使其有效恢复.     

TiO_2-g-PAA/LDPE复合薄膜的光氧化-生物降解性能EI北大核心CSCD

以聚丙烯酸(PAA)接枝改性的纳米TiO2作为光催化助氧化剂,与低密度聚乙烯(LDPE)复合制备了一种可光氧化-生物降解的TiO2-g-PAA/LDPE复合薄膜。通过失重率、红外光谱、扫描电镜、高温凝胶渗透色谱等分析研究了该复合薄膜在空气中紫外光照下的光氧化性能,并对预氧化降解后的薄膜进行了微生物的降解实验。结果表明,PAA接枝改性可以提高TiO2在薄膜内部的亲水性及分散性,提高TiO2的光催化活性,有利于促进LDPE薄膜的光氧化-生物降解;扫描电镜结果显示,TiO2-g-PAA/LDPE复合薄膜光催化反应不但发生在薄膜的表面,而且能够发生在薄膜内部,使其结构整体降解,其降解效果要优于TiO2/LDPE薄膜。紫外光照415 h后,TiO2-g-PAA/LDPE复合薄膜的失重率达到39.13%,重均相对分子质量下降96.36%;而相同条件下纯LDPE薄膜的失重率只有0.15%,重均相对分子质量下降46.32%。预氧化后的薄膜碎片具有明显的生物降解性能。     

HNO3处理对TiO2纳米薄膜的光催化活性和表面微结构的影响

通过sol-gel工艺分别在钠钙玻璃和预涂SiO2涂层的钠钙玻璃基体上制备了TiO2光催化纳米薄膜．然后用1mol／L HNO3水溶液对煅烧后的薄膜进行酸处理。用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和紫外可见光谱(UV—VIS)对酸处理前后TiO2纳米薄膜进行了表征。用甲基橙水溶液的光催化脱色来评价TiO2薄膜的光催化活性。结果表明：SiO2涂层能有效阻止钠离子从玻璃基体向TiO2薄膜的扩散，普通玻璃表面的TiO2纳米薄膜经HNO3处理后，薄膜的光催化活性明显增强。这是由于TiO2纳米薄膜中的钠离子浓度降低以及表面羟基含量增加的缘故。     

Gd掺杂锐钛矿型二氧化钛的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)平面波超软赝势方法并选择GGA水平上的PW91相关能泛函,模拟计算了Gd掺杂前后锐钛矿型TiO2的几何结构、能带结构、态密度和光吸收系数,并与实验结果进行比较。结果表明:Gd掺杂锐钛矿型TiO2晶体后,对称性不变,晶格常数变大,价带顶部主要由O-2p和Gd-4f轨道上的电子共同构成,导带底部主要由Ti-3d轨道上的电子构成;主要由于价带上移使得禁带宽度(Eg)变小,TiO2吸收带边红移,可见光区的光吸收强度增加。可见,Gd掺杂有助于提高TiO2催化剂的光催化活性,扩展其光响应范围。     

Photochromic behavior of nanocomposite hybrid films of finely dispersed phosphotungstic acid particles into polyacrylamide

A series of nanocomposite hybrid films consisting of phosphotungstic acid (PW12) and polyacrylamide (PAM) were prepared. TEM images showed that PW12 particles with average diameter of tens of nanometer were finely dispersed in the film. FT-IR results suggested that the Keggin geometry of PW12 was still preserved inside the matrix and a charge-transfer bridge was built between PW12 and PAM through hydrogen bonds. Under UV irradiation, PW12 was reduced photochemically to yield various mixed-valency colored species (heteropoly blues or heteropoly browns). The extent of photoreduction was concerned with the concentration of PW12 and irradiation time. The presence and diffusion of oxygen played an important role in reversibility of photochromism.     

溶胶-凝胶法制备稀土掺杂多孔TiO2薄膜的表面形貌及性能研究

以溶胶－凝胶法,采用旋转涂膜工艺在玻璃表面制备了Ce,La掺杂的多孔TiO2薄膜,研究了玻璃表面TiO2薄膜在稀土掺杂及多孔化处理后的特征,发现稀土元素的掺杂使薄膜的多孔结构更加均匀一致,在近紫外的吸收率明显提高,同时对油酸有更高的光催化降解效率。     

聚3-甲基噻吩修饰量子点硫化镉连接纳米结构TiO2复合膜电极光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO2电极上制备了量子点CdS(Q-CdS),并用电化学方法在TiO2/QCdS表面聚合3-甲基噻吩po1y(3-Methylthiophene)(PMeT).通过对PMeT修饰Q-CdS连接TiO2纳米结构膜的研究表明,PMeT和Q-CdS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-CdS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动;一定条件下在可见光区光电转换效率均较纳米结构TiO2的光电转换效率有明显的提高;聚3-甲基噻吩(PMeT)与Q-CdS连接的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结.在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离,提高了光电转换效率.     

SrCO_3/TiO_2复合薄膜太阳能电池的性能研究

采用丝网印刷法制备了SrCO3/TiO2复合薄膜电极;组装电池,研究了复合电极的光电性能。结果表明:敏化SrCO3/TiO2复合薄膜电极太阳能电池的短路电流密度、开路电压和填充因子比敏化TiO2电极电池均有增加,总的光电转换效率从3.01%提高到了3.53%,增加了17.3%。另外紫外光谱表明,SrCO3/TiO2复合薄膜电极吸附更多的染料。电化学阻抗谱研究表明,SrCO3/TiO2复合薄膜电极相对于空白TiO2电极有更小的阻抗,有利于电子在薄膜中的传输,提高了太阳能电池的性能。     

离子束合成TiO2薄膜对医用NiTi合金表面的改性

采用离子束增强沉积法制备TiO2薄膜,对医用NiTi合金进行表面改性处理。系统研究了薄膜的表面组成、结构、形貌及耐蚀性、亲水性等与血液相容性相关的表面性质。NiTi合金表面沉积TiO2薄膜后,抗模拟体液的腐蚀性提高,凝血时间延长。为进一步提高TiO2薄膜的抗凝血性,对TiO2薄膜的进一步表面改性－表面结合肝素分子进行了初步尝试,结果表明,薄膜表面组成发生变化,表面亲水性进一步提高。     

"枣糕状"结构杂多酸离子液体负载磁性复合材料的制备及超声脱硫的催化性能

石油中的含硫化合物不仅影响油品质量,其燃烧生成的硫氧化物(SOx)还会对生态环境和人类健康构成极大威胁.此外,燃油中的硫化物燃烧使得燃油尾气处理设备中催化剂中毒,从而排放一些其他有害的汽车尾气,如氮氧化物(NOx)、碳氢化合物和一氧化碳(CO)等.为了降低燃油中的硫含量,世界各国政府都颁布了严格的标准,如美国环保署在2006年将柴油中的硫含量降低到15 mg/kg;2007年欧盟和日本将柴油中的硫含量上限设定为10 mg/kg.自2017年起,我国政府发布了国V标准,将柴油中的硫含量限制在10 mg/kg以下.随着各项政策的出台,如何通过高效深度脱硫技术降低石油中的硫含量已成为石油化工领域的研究热点.同时,超深脱硫在解决工业废物再利用中也发挥着重要作用.目前常用的深度脱硫的方法主要有加氢脱硫(HDS)和非加氢脱硫(NHDS).由于传统的HDS方法存在去除噻吩类物质困难、成本高、条件苛刻、耗时耗能等缺点,NHDS以其低能耗、环保等优点逐渐受到人们的青睐.NHDS技术包括氧化脱硫、吸附脱硫、萃取脱硫和生物脱硫等.其中,氧化脱硫可以通过氧化剂将有机硫化物转化为砜或亚砜,提高有机硫化物在极性溶剂中的溶解度,通过萃取和蒸馏等方法将有机硫化物从石油中分离出来,达到深度脱硫的目的.与机械搅拌、生物或光催化氧化脱硫等传统脱硫方法相比,超声辅助氧化脱硫法是反应时间最短、效率最高的方法之一.近年来,离子液体因良好的热稳定性和化学稳定性而受到越来越多的关注,并被广泛应用于催化氧化脱硫.在杂多酸中引入离子液体可以形成具有氧化活性中心的杂多酸离子液体,有望表现出优异的催化活性.Xun等采用溶胶-凝胶法制备了杂多酸离子液体催化剂(SiW12O40-IL),该催化剂在脱硫方面具有优异的催化活性,当温度为60℃,n(O)/n(S)为4时,其脱硫率达到99.9％.然而,作为均相催化剂,杂多酸离子液体也存在回收率低、可重复利用性差等缺点,因此选择合适的固载化方法,实现杂多酸离子液体催化剂的异相化十分关键.常用的载体有SiO2、Al2O3、Fe3O4等,其中磁性复合材料可以实现催化剂和油样在磁场作用下的快速分离,已成为目前最为流行的载体之一.将磁性复合材料通过改性结合到催化剂上,有望得到具有较高的脱硫催化活性和优异分离效果的催化剂.为此,本研究设计并成功合成了一种具有"枣糕状"结构的、杂多酸离子液体[BMIM]3 PW12O40负载的三乙烯四胺(TETA)功能化的Fe3O4复合材料([BMIM]3 PW12O40/Fe3O4@TETA).以正辛烷为模拟油样,二苯并噻吩为硫源,过氧化氢为氧化剂,[BMIM]3PW12O40/Fe3O4@TETA为催化剂,通过超声协助考察了催化剂的催化氧化脱硫.采用响应面法(RSM)研究了超声时间、H2O2用量、反应温度对催化剂脱硫的影响;并考察了催化剂的稳定性和再生性能.对[BMIM]3PW12O40/Fe3O4@TETA的脱硫机理进行了初步探讨,结果表明,采用0.025 g[BMIM]3PW12O40/Fe3O4@TETA对50 mL浓度为500 mg/g的二苯并噻吩的模拟油样进行脱硫实验时,最佳脱硫条件为:反应温度325 K,超声时间15 min,n(O):n(S)=8:1,脱硫率可达96.5％.该催化剂重复使用五次后,脱硫率仍保持在93.7％,表明[BMIM]3PW12O40/Fe3O4@TETA具有良好的催化脱硫性能,可以重复使用.初步的脱硫机理研究表明,[BMIM]3PW12O40/Fe3O4@TETA的催化活性中心可能为其含有的杂多酸阴离子;Fe3O4@TETA起到载体的作用,而离子液体起到协同增强作用.     

磁控溅射法制备TiO2空穴缓冲层的有机发光器件

采用磁控溅射方法在ITO表面制备了不同厚度的TiO2超薄膜用做有机发光二极管（OLEDs）的空穴缓冲层,使OLEDs（ITO／TiO2／TPD／Alq3／Al）的发光性能得到很大改善。研究TiO2缓冲层厚度对器件性能影响的结果表明,当TiO2缓冲层厚度为1nm,电流密度为100mA／cm^2时,器件的发光效率为2cd／A,比未加缓冲层器件的发光效率增加了近一倍。这是由于加入适当厚度的TiO2缓冲层限制了空穴的注入并且提高了空穴与电子注入之间的平衡。     

微乳液模板法制备多孔二氧化钛光催化薄膜

通过在钛溶胶中掺入阳离子型微乳液,并控制掺入量和pH值,使混合溶胶稳定,涂膜后经过适当热处理得到了TiO2纳米多孔薄膜.借助XRD、FT-IR、DTA、AFM、BET等测试手段,分析讨论了微乳液模板的加入对多孔二氧化钛薄膜的结晶行为、表面形貌和孔结构的影响.光催化结果表明,适当的表面形貌和孔结构可以显著提高TiO2薄膜的光催化能力.     

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。