TiO2/(O''+β'')-Sialon复相陶瓷的化学相容性及光催化性能研究

TiO2/(O' β')-Sialon是一全新的复相陶瓷体系.在对其化学相容性进行研究的基础上,以自制(O' β')-Sialon粉和纳米锐钛矿型TiO2粉为原料成功制备出了该复相陶瓷,并以其对亚甲基蓝溶液的降解为模型反应对其光催化性能进行了研究.热力学计算表明,标态下,β'-Sialon在任何温度、O'-Sialon在690K以上均可与TiO2发生反应.实验结果表明,O'-Sialon和β'-Sialon与TiO2发生反应的温度在1000℃以上,锐钛矿从920℃开始发生向金红石的相变,通过在不高于1000℃温度下改变烧结制度得到了亚稳态的不同TiO2相组成的TiO2/(O' β')-Sialon复相陶瓷.该复相陶瓷具有光催化活性,且光催化效率随材料中TiO2含量的增加而增大.800和900℃烧结的材料具有较高的光催化活性,随烧结温度的升高和恒温时间的延长材料的光催化活性逐渐下降.     

Y_2O_3和TiO_2烧结剂对制备β-Sialon陶瓷烧结性能的影响

以金属Al粉、单质Si粉、α-Al_2O_3微粉为主要原料,高温氮化反应制备β-Sialon陶瓷。通过在反应物中分别添加不同含量的Y_2O_3和TiO_2烧结剂,研究分析和对比了Y~(3+)和Ti~(4+)对β-Sialon陶瓷晶相组成、晶格常数、微观结构及烧结性能的影响。采用SEM及EDS对试样的微观形貌进行观察与分析,利用X'Pert Plus软件分析晶相的晶格常数,采用半定量法计算试样晶相组成。结果表明:Y_2O_3和TiO_2可显著降低高温氮化法制备β-Sialon陶瓷试样中β-Sialon相的生成温度。伴随着Y_2O_3和TiO_2的引入,Al_2O_3在Si3N4中的固溶度提高,β-Sialon晶相的生成量增加,晶格常数和晶胞体积增大,烧结性能得到改善。综合对比分析,Y_2O_3和TiO_2均对制备β-Sialon陶瓷具有良好的促烧结作用,用成本较低的TiO_2代替传统的稀土氧化物作为助烧结剂无压烧结制备β-Sialon陶瓷是可行的。     

TiO2/(O''+β'')-Sialon复相陶瓷的制备与表征

以纳米TiO2粉和(O'+β')-Sialon粉为原料、Yb2O3或Tb2O3为添加剂,在高纯N2气氛下采用常压烧结制备出了TiO2/(O'+β')-Sialon复相陶瓷.采用XRD对材料进行物相、晶粒度分析,采用SEM&EPMA对材料进行形貌观察和元素面分布分析.结果表明,随烧结温度的升高和恒温时间的延长,TiO2逐渐由锐钛矿相向金红石相转化,同时晶粒也逐渐长大.Tb2O3和Yb2O3分别对锐钛矿相变有显著的抑制和促进作用,通过控制烧结制度、添加剂种类及含量可得到不同TiO2相组成的TiO2/(O'+β')-Sialon.Tb2O3和Yb2O3均对TiO2晶粒生长有抑制作用,在不高于800℃的温度下烧结可得到纳米TiO2/(O'+β')-Sialon复相陶瓷.     

TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷的制备与表征

以纳米TiO2粉和（O′＋β′）-SiMon粉为原料、Yb2O3或Tb2O3为添加剂，在高纯N2气氛下采用常压烧结制备出了TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷。采用XRD对材料进行物相、晶粒度分析，采用SEM＆EPMA对材料进行形貌观察和元素面分布分析。结果表明，随烧结温度的升高和恒温时间的延长，TiO2逐渐由锐钛矿相向金红石相转化，同时晶粒也逐渐长大。Tb2O3和Yb2O3分别对锐钛矿相变有显著的抑制和促进作用，通过控制烧结制度、添加剂种类及含量可得到不同TiO2相组成的TiO2／（O′＋β′）-Sialon。Tb2O3和Yb2O3均对TiO2晶粒生长有抑制作用，在不高于800℃的温度下烧结可得到纳米TiO2／（O′＋β′）-Sialon复相陶瓷。     

陶瓷表面TiO_2薄膜的制备及光催化性能研究

采用化学溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶,用浸渍-提拉方式在陶瓷表面制成锐钛矿相TiO2薄膜。用X射线衍射法(XRD)确定了晶型及晶粒的大小;用光电子能谱测定了其微观成分及其含量;考察了7种过渡金属离子掺杂后对甲基橙降解的光催化性能的影响及其变化规律,并对陶瓷和玻璃的光催化活性进行了比较。实验结果表明:掺杂Mn及Ni离子对于提高TiO2薄膜的光催化活性有明显的促进作用,降解30min后,降解率分别达到79.7%,80.8%。瓷片和玻璃的光催化活性要视掺杂的金属离子而定,不同的掺杂离子对瓷片和玻璃的光催化活性有不同的作用效果。     

添加Sm-M''''和YAG的α/β-Sialon复相陶瓷的烧结反应过程

研究了在Sialon系统中分别引入10%的Sm-M'(melilite)和YAG(garnet)后的烧结反应过程.M系统(引入了Sm-M')在1600℃生成了富N过渡相Sm-M'.在烧结过程中M系统是富N的环境,有利于α-Sialon的形成,A系统(引入了YAG)在1350℃下生成的富O的过渡相YAG直到1700℃才消失.富O的环境阻碍α-Sialon的形成.     

TiO_2的光催化性能研究

利用第一性原理计算方法主要对非金属掺杂TiO_2可见光光催化活性进行了研究,揭示了非金属掺杂TiO_2在可见光条件下催化活性提高的本质规律。就目前为止,非金属掺杂TiO_2吸收可见光的原因主要归结为以下几点:(1)非金属掺杂引起能带变窄,从而降低光子跃迁能隙,产生可见光红移现象;(2)掺杂元素在TiO_2带隙中引入一部分间隙态,充当光子跃迁的过渡能级,减少光子吸收能量;(3)掺杂促使TiO_2产生结晶化,加大TiO_2颗粒的表面积,从而提高其催化活性。     

原位TiN/O′-Sialon复相材料的抗氧化性能研究

采用TG-DTA、XRD和SEM技术研究了氧化温度、TiN含量和气氛氧分压对原位TiN/O′-Sialon复相材料抗氧化性能的影响.结果表明,在800～1000°C的空气中,TiN氧化为TiO2,O′-Sialon不发生氧化,恒温时间足够长,材料转变为原位TiO2/O′-Sialon复相材料,氧化过程遵循对数规律,反应表观活化能为56.1kJ/mol.在1200～1320°C的空气中,TiN和O′-Sialon都发生氧化,材料表面有"保护膜"生成,氧化过程遵循抛物线规律,反应表观活化能为48.8kJ/mol;增加材料中TiN含量会导致材料氧化增重量增加,但也有助于材料表面"保护膜"的形成.提高气氛氧分压,材料的氧化程度加剧.     

SPS合成Al2O3-Al2TiO5复相陶瓷的组织性能及磨损行为

以两种Al2O3-TiO2复合粉体为原料经SPS烧结制备出Al2O3-Al2TiO5复相陶瓷.采用纳米结构复合粉体烧结而成的复相陶瓷有着较优的力学性能,特别是具有较高的断裂韧性和硬度,与其较小的晶粒尺寸相对应.干滑动摩擦磨损试验在4N和6N法向载荷下进行,结果表明,采用微米结构复合粉体烧结而成的复相陶瓷磨损表面较光滑,体积磨损量较小.在磨损试验中,纳米结构复合粉体烧结而成的复相陶瓷的破坏方式为沿晶断裂,有明显的晶粒拔出现象;微米结构复合粉体烧结而成的复相陶瓷呈不连续的微观断裂并产生塑性变形;同时,两种材料在摩擦磨损过程中都发生接触面的氧化和物质转移.     

陶瓷表面 TiO2薄膜的制备及光催化性能研究

采用化学溶胶-凝胶法制备TiO2溶胶，用浸渍-提拉方式在陶瓷表面制成锐钛矿相TiO2薄膜。用X射线衍射法(XRD)确定了晶型及晶粒的大小；用光电子能谱测定了其微观成分及其含量；考察了7种过渡金属离子掺杂后对甲基橙降解的光催化性能的影响及其变化规律，并对陶瓷和玻璃的光催化活性进行了比较。实验结果表明：掺杂Mn及Ni离子对于提高TiO2薄膜的光催化活性有明显的促进作用，降解30min后，降解率分别达到79．7％，80.8％。瓷片和玻璃的光催化活性要视掺杂的金属离子而定，不同的掺杂离子对瓷片和玻璃的光催化活性有不同的作用效果。     

A12O3／TiO2复合光催化薄膜的制备、表征及性能研究

近年来，二氧化钛光催化技术正成为光化学、能源、环境以及材料等领域的研究热点。作为一种新型的环境净化材料，TiO2光催化剂可广泛应用于污水处理、空气净化、抗菌除臭、表面防污、自清洁等方面，目前，TiO2光催化剂的固定化及其光催化活性的改善是TiO2光催化材料设计、开发和应用中急需解决的问题。本文利用阳极氧化和电沉积技术，在铝合金表面成功地制备出具有较好光催化活性的A12O2／TiO2复合薄膜。系统研究了复合薄膜的制备工艺；表征了复合薄膜的形貌、结构、成分以及光谱特性；详细分析了复合薄膜的光催化性能，并对这种特殊的复合薄膜形成机理进行了探讨。研究结果表明：电沉积液温度在薄膜制备过程中是最重要的影响因素，合理地控制沉积过程中的工艺参数可得到具有最佳表面质量和光催化性能的Al2O3／TiO2复合薄膜，H2SO4-Al2O3/TiO2复合薄膜经热处理，表面有锐钛矿结构TiO2生成，TiO2的晶粒尺寸在纳米量级；TiO2在加热过程中主要发生表面吸附水和吸附有机物的脱附、结晶水的失去及非晶相的晶化三种变化，且TiO2由无定形结构向锐钛矿晶体结构转变的温度为425℃左右；三种类型Al2O3／TiO2复合薄膜的表面形貌存在较大差异，这主要归因于三种铝阳极氧化膜的膜厚及表面微孔结构的不同；三种类型的复合薄膜均具有紫外光光催化活性；通过Fe离子掺杂改性以及萘酚蓝黑染料敏化处理后，复合薄膜的光催化性能可得到明显地改善；由薄膜形成机理的分析可知，TiO2主要通过交流电沉积过程中的阴极反应沉积于铝阳极氧化膜微孔处和表面上。     

纳米La2O3／TiO2复合薄膜的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法在陶瓷基体上制备了纳米La2O3／TiO2复合薄膜。利用XRD研究了La2O3不同复合量对纳米TiO2晶型转化的影响，利用SEM研究了Al2O3底膜对La2O3／TiO2复合薄膜形貌的影响，利用亚甲基兰溶液紫外光降解实验研究了La2O3／TiO2复合薄膜的光催化性能．结果表明：复合0．5％（物质的量）La2O3的TiO2干凝胶经850℃煅烧后仍为锐钛矿（64％（质量分数））占主导的混晶结构，平均粒径在10nm左右；当Al2O3底膜和La2O3／TiO2复合薄膜的厚度分别为4层和3层时，经850℃煅烧后，复合薄膜致密且无微裂纹出现，而且具有佳的光催化性能．     

煅烧工艺对TiO_2-白炭黑光催化材料性能的影响

以白炭黑和TiCl4为原料,利用低温水解沉淀方法在白炭黑载体表面负载纳米TiO2,采用煅烧工艺将白炭黑负载的纳米TiO2复合粉体进行晶化,并对煅烧后的复合粉体进行晶体结构和光催化性能的表征。结果表明,700℃煅烧2 h得到的样品,在200 W高压汞灯的照射下,35 min时对罗丹明B的脱色率达到96.23%。     

不同晶型纳米TiO2的水热合成及光催化性能

采用水热法制备了TiO2 纳米粉 ,并通过XRD、TEM、激光粒度分析对产物进行表征。结果发现 ,采用不同的钛源 ,不同的加料方式 ,可得到不同晶型的TiO2 纳米粒子。通过系列样品对甲基橙溶液的光催化性能的研究 ,发现混晶相纳米TiO2 的光催化性能最好 ,其次是锐钛矿相 ,金红石相的光催化性能最差。     

TiO2-Cu2O复合膜的制备及其可见光催化降解染料性能研究

采用电化学方法制备了TiO2-Cu2O纳米复合材料,并用喷涂法在玻璃表面制成TiO2-Cu2O复合膜.通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段对TiO2-Cu2O复合材料进行了表征,用正交设计法研究了TiO2-Cu2O复合膜与Fe2 EDTA构成的Fenton试剂在可见光照射下催化降解亚甲基兰的性能,并用实验证实了H2O2存在.结果显示,TiO2-Cu2O复合膜光催化降解性能明显优于TiO2膜和Cu2O膜.与传统Fenton试剂相比,TiO2-Cu2O复合膜与Fe2 EDTA构成的Fenton试剂体系有效作用时间更长,并可重复使用.     

V-N共掺杂TiO_2/玻璃珠光催化复合材料的制备及光催化性能

用溶胶-凝胶法制备V-N-TiO_2/玻璃珠光催化复合材料,研究V-N-TiO_2(V-N-TiO_2)的浓度、V-N-TiO_2/玻璃珠的浸渍次数、玻璃珠尺寸、煅烧温度和煅烧时间对V-N-TiO_2/玻璃珠光催化复合材料光催化性能的影响。采用XRD、EDS、TEM、XPS等测试手段对复合材料的结构和性能进行表征;在100 W汞灯下,以苯酚溶液为目标降解物,对V-N-TiO_2/玻璃珠光催化复合材料光催化性能进行测定。研究表明:当V-N-TiO_2/玻璃珠的浸渍次数为4次、玻璃珠尺寸为2~3mm、煅烧温度为400℃和煅烧时间为4.5h时,得到的V-N-TiO_2/玻璃珠光催化复合材料对苯酚的光催化性能最佳,且单位催化剂对苯酚的降解量略高于V-N-TiO_2。V-N-TiO_2/玻璃珠光催化复合材料既易于回收,又具有良好的光催化性能。     

TiO_2/电气石复合材料的制备及其光催化性能

以电气石为复合载体,钛酸丁酯为原料,采用超声辅助溶胶-凝胶法制备了TiO_2/电气石复合材料。用XRD、FT-IR、UV-Vis DRS、SEM等测试手段对复合材料的微观结构、光吸收性能及元素组成等进行了表征。以TNT作为目标污染物,考察了复合材料的光催化性能。结果表明,TiO_2复合电气石后,晶粒细化,材料吸收光谱产生红移,光催化活性显著提高,且具有良好的稳定性。     

煅烧温度对TiO_2中空微球光催化性能的影响

以分散聚合法制得的单分散阳离子聚苯乙烯（PS）微球为模板,钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法在模板表面包覆TiO2壳层,并在不同煅烧温度下制备了晶相结构不同的微米级中空TiO2微球。采用TEM、SEM、FT-IR、XRD、UV-Vis DRS对样品的微观结构、相态组成及光催化性能进行了表征。结果表明TiO2中空微球平均粒径达到1.23μm,壳层厚度约为30nm;随着煅烧温度增加,锐钛矿晶粒尺寸会增加,并在700℃时出现混晶结构;在500℃煅烧得到的TiO2中空微球对甲基橙（MO）降解表现出比P25更好的光催化性能及光催化稳定性。     

Ag与Ag2O协同增强TiO2光催化制氢性能的研究

本研究采用两步法制备了电子助剂Ag和界面活性位点Ag₂O共修饰的高效TiO₂光催化剂(TiO₂/Ag-Ag₂O): 首先用光沉积法将Ag负载在TiO₂表面(TiO₂/Ag), 再经过低温煅烧法使部分Ag原位生成Ag₂O。紫外光照射TiO₂时, 激发产生的电子被助剂Ag捕获后快速传输到Ag₂O上, 电子把Ag₂O界面产氢活性位点从溶液中所捕获的氢离子还原成氢气, Ag和Ag₂O的协同作用加快了TiO₂上光生电子的转移和界面产氢反应, 从而提高了TiO₂/Ag-Ag₂O制氢性能。在300 ℃煅烧温度下制备的TiO₂/Ag-Ag₂O光催化剂制氢速率最高, 达到75.20 μmol/h, 分别是TiO₂(3.59 μmol/h)和TiO₂/Ag(41.13 μmol/h)的21.0倍和1.8倍。本研究为光催化制氢材料的设计和制备提供了有益的参考。