纳米TiO_2可见光催化改性技术的研究进展

对纳米TiO2光催化的机理、光催化反应动力学及可见光催化改性技术等方面的研究进展作了详细综述。     

改性TiO_2纳米粒子用于可见光催化反应

采用原位溶胶-凝胶法合成氧化钛,同时对大环配合物进行改性,得到粒径为10.89 nm的纳米级钴酞菁改性氧化钛（CoPc/TiO2）光催化剂,用于可见光下、水溶液中CO2的还原反应,可得HCHO、CH3OH、HCOOH等产物。结果表明,由于金属酞菁的存在导致TiO2粒径减小,相转变温度降低,CoPc以单体形式均匀分散于TiO2凝胶基质中,其二聚及多聚倾向大大减弱。钴酞菁固载的催化剂给电子能力较强,极大地提高了光还原效率。光反应的最佳条件为：在0.1 mol/L的NaOH溶液中,0.15 g CoPc/TiO2催化剂,三乙胺和三乙醇胺作为电子供体催化效果较好,在可见光照反应10 h后,还原产物中总有机碳最高可达2 965.3μmol/g-cat。在还原过程中CO2主要以HCO3-的形式被还原而非碳酸根离子,而且HCO3-的浓度在0.2 mol/L时还原产物量最大。     

纳米TiO_2可见光催化零VOC内墙乳胶漆

介绍了纳米TiO2光催化的机理和特点、纳米TiO2可见光催化零VOC内墙乳胶漆的性能和应用等。表明其不仅是零VOC无毒无害,而且是一种能在一般室内照明条件下净化空气的内墙乳胶漆。     

水基纳米TiO_2路径制备有序介孔TiO_2-SiO_2及其可见光催化性能

在多巴胺修饰的水基TiO_2纳米微粒(TiO_2NPs)悬浮液中,以正硅酸乙酯为硅源,十六烷基三甲基溴化铵为模板剂,分别采用碱性水热方法或酸性溶胶-凝胶方法,制备了有序介孔TiO_2-SiO_2(TiO_2NPs/MCM-41或TiO_2NPs/SBA-3)。采用XRD、TEM、ICP和N2吸附-脱附实验对样品进行表征。结果表明,制备的介孔TiO_2-SiO_2在TiO_2高负载质量分数(23.98%TiO_2NPs/MCM-41、17.27%TiO_2NPs/SBA-3)时,仍能保持长程有序的介孔氧化硅结构。TiO_2NPs随机地嵌入在有序介孔氧化硅孔道所组成的网络结构中。在可见光下催化甲基橙降解反应中,反应时间120 min时,在P25上甲基橙相对浓度降为57%,在TiO_2NPs/MCM-41上降为33%,而在TiO_2NPs/SBA-3上降为5.7%。     

硼掺杂TiO_2纳米颗粒的制备与可见光催化性能研究

通过用溶胶-凝胶法制备纯的和掺杂硼的TiO_2纳米颗粒,对样品进行可见光光催化降解有机废水实验,研究主要影响因素对甲基橙在可见光催化降解的影响规律。结果表明,在煅烧温度600℃,催化剂用量50 mg,摩尔比0.05,120 min光照甲基橙,最高降解率达51.26%。在此基础上,以镧硼掺杂比为1∶2的TiO_2催化剂的光催化降解率最高达61.48%。通过掺杂修饰的TiO_2,提高了其可见光的光催化活性。     

TiO_2/SiO_2复合纳米纤维的GQDs改性及其对甲醛的可见光催化降解性能

采用静电纺丝法合成了TiO_2/SiO_2柔性复合纳米纤维膜,而后对其进行石墨烯量子点(GQDs)改性,制备了GQDs/TiO_2-SiO_2复合纳米纤维,其中GQDs用水热法合成。用X射线衍射仪(XRD)、电子万能材料试验机、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对其物相组成、力学性能、微观形貌以及光催化性能进行了表征。结果表明:尺寸在7 nm~15 nm之间的GQDs松散沉积在直径为200 nm~400 nm的TiO_2/SiO_2纳米纤维上,纤维连续性好,复合薄膜有较好的力学性能;TiO_2的结晶较好,为锐钛矿相;GQDs复合后将TiO_2的本征吸收从390 nm左右延伸到了420 nm左右,拓宽了TiO_2的吸收范围。在可见光催化降解中,初始浓度为0.32 mg/m~3的甲醛气体110 min后的降解效率达到70%。     

TiO_2可见光催化的研究进展

综述了近年来国内外研究TiO2可见光催化反应的进展,如金属或非金属掺杂、染料光敏化、与其它半导体复合、与H2O2复合等,阐述了TiO2可见光催化的反应机制,指出了TiO2可见光催化存在的主要问题、发展前景及今后的研究方向。     

新型CdS/TiO_2纳米复合材料的制备及其可见光催化性能研究

采用浸渍法和水热法相结合制备了新型的CdS/TiO_2纳米复合材料,并采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、UV-Vis吸收光谱(UV- VIS)、电子自旋共振谱(ESR)等对样品进行了表征,XRD、TEM表明所制备的新型CdS/TiO_2粒径小、分散均匀,TiO_2以锐钛矿型存在,CdS以高分散的立方相和六方相存在,对比直接法制备的CdS/TiO_2,新型的CdS/TiO_2对活性艳红X-3B具有明显提高的可见光催化活性;大量的束缚单电子氧空位及电子之间强相互作用是新型CdS/TiO_2可见光催化活性提高的主要原因.     

纳米TiO_2表面改性

本文分析了纳米 ＴｉＯ_２团聚与分散机理,介绍了纳米 ＴｉＯ_２表面改性的方法及改性效果表征。     

非金属掺杂改性纳米TiO_2光催化性能研究进展

详细综述了近年来非金属掺杂TiO_2光催化的最新进展,总结梳理了N、C、P、S、B、F、Cl、Br、I及非金属共掺杂元素对TiO_2光催化降解有机污染物的影响,同时对不同掺杂纳米TiO_2晶体结构及光谱响应机制进行了比较和探讨。不同类型非金属元素的原子半径、晶体结构、掺入量都会对改性TiO_2的能级结构和带隙宽度产生差异,进而其对不同有毒有害污染物的光催化性能产生不同影响,需要综合考虑。通过非金属掺杂改变纳米TiO_2的能级结构,增大TiO_2表面的活性点位,提高其光催化性能,实现有毒有害污染物的彻底降解,从而达到净化环境的目的。     

V掺杂TiO_2的制备及其可见光催化性能研究

本文采用水热法制备V掺杂TiO2(V-TiO2)光催化剂,借助XRD、XPS、UV-Vis DRS等手段对V-TiO2的结构进行表征,并以酸性红染料作为模型污染物,评价V-TiO2在可见光作用下的光催化性能。实验结果表明,V离子进入TiO2晶格并取代Ti4+离子,V离子掺杂在TiO2的导带下方引入了V3d掺杂能级,V-TiO2在可见光区具有显著吸收,且光生载流子的复合受到有效抑制,因此,V掺杂明显提高了TiO2降解酸性红染料的效率。     

非金属掺杂改性纳米TiO_2光催化性能研究进展

详细综述了近年来非金属掺杂TiO_2光催化的最新进展,总结梳理了N、C、P、S、B、F、Cl、Br、I及非金属共掺杂元素对TiO_2光催化降解有机污染物的影响,同时对不同掺杂纳米TiO_2晶体结构及光谱响应机制进行了比较和探讨。不同类型非金属元素的原子半径、晶体结构、掺入量都会对改性TiO_2的能级结构和带隙宽度产生差异,进而其对不同有毒有害污染物的光催化性能产生不同影响,需要综合考虑。通过非金属掺杂改变纳米TiO_2的能级结构,增大TiO_2表面的活性点位,提高其光催化性能,实现有毒有害污染物的彻底降解,从而达到净化环境的目的。     

壳聚糖改性纳米TiO2的制备及可见光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了壳聚糖(CS)改性纳米TiO2复合粒子。以甲基橙为目标污染物,通过碘钨灯照射进行可见光催化反应研究。考察了合成条件对TiO2/CS纳米复合粒子光催化性能的影响,得出了制备可见光高催化活性TiO2/CS纳米复合粒子的最佳条件:壳聚糖含量1wt%,焙烧温度280℃,焙烧时间2h,pH值为5,凝胶温度25℃。最佳条件下制备的TiO2/CS纳米复合粒子在太阳光下能快速催化降解甲基橙溶液,60min后甲基橙降解率达到99%,表明TiO2/CS纳米复合粒子是一种利用太阳光处理废水的新材料。     

Ag纳米粒子改性MoS_2/暴露(001)面TiO_2二维复合材料及其可见光催化性能研究

以钛酸四丁酯、氢氟酸、钼酸钠、硫代乙酰胺和硝酸银为原料,利用水热法和光沉积法成功在二硫化钼(MoS_2)/暴露(001)面TiO_2二维复合材料上沉积了银纳米粒子(Ag)。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见吸收(UV-vis)对样品的相组成、表面形貌、表面元素组成和光响应范围进行表征测试,并在可见光下考察了复合材料降解亚甲基兰(MB)的光催化性能。结果表明粒径约为20~30 nm的Ag颗粒成功负载在MoS_2/暴露(001)面的TiO_2纳米片上(MT-001),Ag纳米粒子的等离子共振效应有效的改善了MT-001纳米片的光催化性能,改性后复合材料对MB的最佳降解率为89.72%,为同等条件下纯TiO_2纳米片的1.55倍。     

氮掺杂纳米TiO_2改性涂料的制备及其可见光下VOC降解性能研究

通过对自制氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛光催化剂进行分散处理,并将其加入自制硅丙乳胶涂料体系中,通过高速搅拌及砂磨技术使其均匀分散,制备出一种新型光催化建筑涂料。     

纳米TiO_2的合成及纳米TiO_2/Pt修饰电极的电化学催化性能

采用溶胶-凝胶法合成纳米TiO2粉体,通过正交实验优化了纳米TiO2的合成工艺条件,用透射电镜及X-射线衍射技术对纳米TiO2样品进行表征;进而采用涂膜法制备纳米TiO2/Pt修饰电极,通过循环伏安法研究其在葡萄糖体系中的电化学催化性能。结果表明:在钛酸丁酯与乙醇体积比为2∶3、烘干温度为80℃、焙烧温度为500℃时,合成的纳米TiO2具有最佳电化学催化性能;合成的纳米TiO2为锐钛矿型,颗粒粒径分布在5~20nm之间;纳米TiO2/Pt修饰电极对葡萄糖具有显著的电化学催化活性。     

Ag(Ⅰ)敏化TiO_2的可见光催化性能研究

以葡萄糖为模板和碳源,经水热反应和高温煅烧得到碳掺杂介孔TiO_2中空微球(C-TiO_2),并以C-TiO_2为载体,将Ag NO3和Na H2PO4负载到TiO_2介孔孔道中,在光催化过程中原位生成Ag3PO4提高TiO_2的光催化活性。利用XRD、SEM、TEM以及UV-Vis DRS对样品进行表征。以罗丹明B为模拟污染物,对样品在紫外光和可见光下的催化性能进行表征。结果表明,Ag(I)敏化后TiO_2的载银量为5.6%时光催化活性最佳,在紫外光下20 min时降解率为98.6%,可见光下40 min降解率为99.3%。     

氮掺杂纳米TiO_2改性涂料及其抗菌性能

将自制的氮掺杂锐钛矿型纳米二氧化钛光催化剂作为功能性组分,加入耐光催化氧化的硅丙乳胶涂料中,制备出一种新型光催化功能性建筑涂料,实现了可见光光催化效应。使用紫外-可见光吸收光谱研究该功能性涂料对紫外线的吸收能力;采用菌落计数法研究该涂料在可见光照射下对金黄色葡萄球菌的杀灭性能。同时分析了纳米粉体种类、引入量及方式对涂料紫外线的吸收性能和抗菌性能的影响。     

纳米TiO_2改性炭纤维/环氧树脂复合材料性能研究

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)仪和NOL环等方法,对纳米TiO2在环氧树脂(EP)体系中的分散效果、炭纤维表面状态及复合材料性能等进行了系统研究。结果表明:采用高速剪切与超声波复合分散工艺,可以将纳米TiO2均匀分散在EP体系中;当w(纳米TiO2)=2%～3%时,纳米TiO2/EP浇铸体的最大拉伸强度为112 MPa、最大弯曲强度为175 MPa和最大Tg为141.9℃;纳米TiO2可以有效改善炭纤维与EP基体间的界面结合力,形成较理想的界面相,制成的复合材料具有优异的力学性能,其拉伸强度、拉伸模量和剪切强度分别为2.15 GPa、117 GPa和49.9 MPa。     

纳米碳管/TiO_2制备与催化性能研究

纳米二氧化钛是一种研究和使用十分广泛的光催化剂。但是由于其粒径小,在液相中分离困难,因此实际使用仍存在问题。文章采用先将负载材料纳米碳管固定,而后将二氧化钛负载其上的办法,得到CN(G)1-Ti O2,有效的解决了液相反应回收困难的问题。通过测试其对底物甲基橙的降解能力发现,CN(G)1-Ti O2具有优异的降解性能,2 h内对高浓度底物的降解率达到45.65%。但CN(G)1-Ti O2也存在对高盐环境适应性不强的问题,需在今后的研究中加以解决。