纳米TiO_2晶型转化机制探讨

根据统计物理学方法推导出锐钛矿型TiO_2向金红石型TiO_2转化率关系式为InX_A=-v_0texp(-2U_x/kT),其中X_A为TiO_2中锐钛矿型的含量,v_0和U_x分别锐钛矿型TiO_2原子的振动频率和势函数,t、k和T分别为煅烧时间、玻兹曼常数和煅烧温度.TiO_2为三原子分子,理论上v_0和U_x计算十分复杂,本文通过在不同温度及时间下煅烧氨水水解TiOSO_4产物的方式制备了锐钛矿型、混晶型及金红石型纳米TiO_2粉末,将XRD分析所测数据及相应温度、时间条件代入转化率关系式,拟合求得:v_0=5.3×10~(10)/s,U_x=2.71×10~(-12)J.实验所测_A-t及X_A-T曲线与计算拟合曲线吻合较好,说明用氨水水解TiOSO_4产物的方式制备的锐钛矿型纳米TiO_2向金红石型纳米TiO_2的转化为扩散型转变.     

Cu~(2+)掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2复合光催化材料的制备及性能研究

以层状偏钛酸为前驱体,硝酸铜为铜源,通过调节溶液pH值,水热法合成了Cu~(2+)掺杂的TiO_2复合光催化材料.采用X射线粉末衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等表征手段对样品结构和形貌进行了分析,并考察了所合成的TiO_2基复合材料光催化降解亚甲基蓝的性能.研究结果表明,pH=0.5～1.5时层状偏钛酸完全转变成了Cu~(2+)掺杂的金红石/锐钛矿型TiO_2的复合物,在pH=0.5条件下制备的Cu~(2+)掺杂的TiO_2展示了较高的光催化性能.     

泡沫陶瓷负载N掺杂TiO_2光降解啶酰菌胺实验研究

利用泡沫陶瓷为载体负载掺氮TiO_2作为环境修复材料,对水环境中啶酰菌胺进行降解,以缩短啶酰菌胺在环境中的降解周期.以尿素为氮源,钛酸四异丙酯为Ti源,采用溶胶凝胶法制备掺氮TiO_2,负载在表面积较大的泡沫陶瓷上,以300 W氙灯模拟日光光源进行了农药啶酰菌胺的光催化降解实验.考察了煅烧温度、煅烧时间、氮掺杂量、催化剂用量、p H及啶酰菌胺初始浓度对啶酰菌胺降解率的影响,并用XRD,UV-vis对掺氮TiO_2样品进行了表征.结果表明,初始浓度为5 mg/L的啶酰菌胺在投加1.0 g/L的掺氮TiO_2光催化反应3 h的降解率可达52.35%.掺氮TiO_2的制备条件为:氮掺杂量20%,煅烧温度500℃,煅烧时间4 h,此时掺氮TiO_2呈锐钛矿型.     

溶胶-凝胶法制备锐钛矿型TiO2光催化剂及其光催化性能研究

本文以钛酸四丁酯为前驱体,通过调节溶胶至不同的pH,采用溶胶-凝胶法合成了锐钛矿型TiO_2.通过X-射线粉末衍射仪(XRD)表征了其结构和组成,并在光照条件下,对所合成的典型的锐钛矿型TiO_2样品,进行了光催化降解甲基橙性能研究.研究结果表明,在pH=5.0条件下制备的锐钛矿型TiO_2光催化剂展示了较高的光催化性能.     

B-F梯度掺杂对TiO_2薄膜光催化性能的影响

为了揭示不同掺杂方式对TiO_2薄膜光催化性能的影响,以钛酸四丁酯为钛源,运用溶胶—凝胶法及浸渍-提拉技术在玻璃表面制备二氧化钛薄膜。分别以硼酸、氟化钠等作为B,F原料,利用梯度掺杂法制备非金属离子B,F梯度掺杂的二氧化钛薄膜。采用X射线衍射(XRD)、紫外—可见吸收光谱(UV-vis)研究晶相结构及吸收光波长的变化。结果表明:采用梯度掺杂方式和表面掺杂方式后,TiO_2薄膜均出现吸收范围向长波方向移动,可见光的吸收量明显增加。以酸性品红的降解反应评价薄膜的光催化活性,离子共掺杂后的TiO_2薄膜光催化性能优于单掺杂的TiO_2薄膜;梯度掺杂后的TiO_2薄膜的光催化活性均优于表面掺杂的TiO_2薄膜。     

光催化剂沸石/Fe_2O_3/TiO_2的制备、表征及性能

以天然沸石为载体,以钛酸丁酯、硝酸铁为主要原料,用溶胶-凝胶法成功制备负载型Fe_2O_3/TiO_2光催化剂;采用XRD、SEM、EDS及XPS对样品进行结构表征及化学组成分析.结果表明:400℃焙烧所制得光催化剂中TiO_2主要以锐钛矿形式存在,掺杂铁元素主要以价键形式分布在沸石中,负载Fe_2O_3/TiO_2的沸石主要呈球形和类球形.降解实验表明:光催化剂对甲基橙具有良好的降解性能,且易回收再利用.     

钕离子掺杂对TiO_2相组成和光催化活性的影响

用溶胶-凝胶法制备掺杂钕离子的TiO_2纳米粒子,并研究钕离子掺杂对TiO_2相结构和光催化活性的影响。结果表明:掺杂钕离子能抑制锐钛矿相向金红石相转变,并能抑制TiO_2晶粒长大;掺杂钕离子能提高TiO_2的光催化活性,掺杂量为0.069％时,光催化活性最高。     

Fe3+掺杂TiO_2的制备及其微观结构和光学性质研究

采用溶胶-凝胶法制备了Fe~(3+)掺杂TiO_2粉体和薄膜,通过X射线衍射仪分析了Fe~(3+)掺杂TiO_2的微观结构,采用紫外可见近红外分光光度计表征了Fe~(3+)掺杂TiO_2的光学性质。结果表明:Fe~(3+)掺杂TiO_2为锐钛矿结构,随Fe~(3+)离子浓度的增加,TiO_2晶化减弱,晶粒尺寸减小。掺杂前后TiO_2薄膜在波长400 nm到1100 nm之间,透过率在65%以上,在310 nm到380 nm之间,透过率急剧减小;当Fe~(3+)摩尔含量为3%时,TiO_2的吸光度最大,禁带宽度最小。     

高热稳定性锐钛型纳米TiO_2的合成及光催化性能

采用沸腾回流强迫水解法,以TiCl4为原料,NaH2PO4为添加剂,制备了P掺杂纳米TiO2光催化剂.利用XRD,XPS对产物进行了表征和光催化测试.实验结果表明,P掺杂能够增强锐钛矿型TiO2的热稳定性,抑制其粒径长大,TiO2的相转变温度随着P掺杂量的增加而提高.     

含氧空位锐钛矿表面的非金属杂质对其吸附NH_3特性的影响

【目的】金属氧化物光学气敏材料可用来灵敏检测环境气体成分及浓度,而对这一材料的掺杂是改善其光学气敏特性的一种重要途径。【方法】基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿TiO_2(101)表面掺杂非金属C、N、F对NH_3分子吸附,对掺杂后锐钛矿TiO_2(101)表面结构的稳定性、NH_3分子吸附后表面结构的稳定性、态密度、电荷分布、差分电荷密度、光学性质给以理论分析。【结果】分析发现:非金属杂质C,N,F易掺杂于有氧空位的TiO_2(101)表面,且有基底的稳定性从大到小依次为C,N,F;杂质元素掺杂于基底表面提高了基底表面氧空位的氧化性,更有助于NH_3分子的吸附,且杂质元素对基底氧空位氧化性的贡献从小到大依次为C,N,F;通过态密度和光学性质分析,NH_3分子吸附在C和N掺杂于含氧空位TiO_2(101)基底表面相对于无掺杂含氧空位TiO_2(101)基底表面降低了材料在可见光范围内的利用率;而吸附在F元素掺杂于含氧空位TiO_2(101)基底表面对可见光范围内的利用率相对于吸附在无掺杂含氧空位TiO_2(101)基底表面的利用率提高了5倍。【结论】掺杂F元素显著的提高了材料的光学气敏传感能力。     

Zn掺杂锐钛矿TiO2的电子结构及光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Zn掺杂锐钛矿TiO_2进行了结构优化,并对掺杂前后的能带结构、电子态密度和吸收光谱进行了计算。研究表明:Zn掺杂锐钛矿TiO_2体系为间接带隙半导体,在价带顶部引入了杂质能级,杂质能级主要由O-2p轨道和Zn-3d轨道贡献,杂质能级的引入增强了TiO_2对可见光区的响应,增大TiO_2的光吸收范围。实验结果表明:Zn掺杂使锐钛矿TiO_2吸收边红移,并能增强TiO_2的光电效应,可用于材料的光阴极保护。     

Yb掺杂量对混晶相TiO_2可见光催化活性的影响

采用简单的溶胶-凝胶法制备稀土Yb掺杂混合晶相TiO_2纳米粉体,通过XRD、XPS、TEM、FT-IR、UV-Vis-DRS、PL和Nano-sizer纳米粒度仪等对样品进行表征,以可见光辐照下催化降解亚甲基蓝(MB)为模型,研究了Yb掺杂对纳米TiO_2的结构和可见光催化活性的影响.结果表明,Yb掺入TiO_2后在表面存在Yb~(3+)和Yb~(2+)两种形态,Yb掺杂抑制了TiO_2从锐钛矿向金红石的相转变,阻碍晶粒生长,增加了纳米TiO_2表面-OH数量;适量的Yb掺杂可促使合适比例的金红石与锐钛矿的混晶相形成,有效降低TiO_2光生e~-/h~+对的复合率,扩大吸收光谱的波长范围,提高TiO_2光催化活性.当热处理温度500℃、掺杂量n(Yb):n(Ti)=0.009时Yb-TiO_2样品在普通日光灯下对MB在6 h内的光催化降解效率达95.2%,明显高于同等条件下纯TiO_2样品的降解率56.4%.     

EDTA对纳米二氧化钛结构及光催化性能的影响

以TiCl4为原料、EDTA为添加剂,利用低温陈化法制备了纳米二氧化钛.分别利用X射线衍射、透射电子显微镜、紫外可见光谱对产物进行了表征.以甲基橙为模拟污染物测定了产物的光催化性能.实验结果表明:掺杂EDTA有利于锐钛型TiO2的生成,混合晶型TiO2的光催化性能优于纯锐钛矿相.     

Au掺杂锐钛矿TiO2的光吸收能力第一性原理计算

TiO_2作为光催化材料由于其带隙较大只能吸收380 nm以下的近紫外光,为了令锐钛矿TiO_2更广泛应用于光催化领域中,需要对锐钛矿进行改进来增强其光吸强度甚至增加其对可见光的吸收能力.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,通过Au原子替换TiO_2的钛原子获得Ti_1-mAu_mO_2材料计算模型,使用Material studio8.0中的CASTEP模块对Au掺杂锐钛矿TiO_2进行第一性原理计算,讨论了Au掺杂对锐钛矿晶体能隙、态密度、光吸收京数等方面的影响.结果显示,Au掺杂可以使晶体的禁带宽度减小,并且使TiO_2的光吸收系数阈值发生红移,增强了光吸收的能力,在可见光区表现出一定程度的吸收.     

TiO_2水助晶的热分析(英文)

本文提出了一种硅油密封检测水助二氧化钛(TiO_2)结晶的热分析方法.采用溶胶-凝胶法制备了非晶态的TiO_2,经TEM检测其平均粒径约为200 nm,X射线衍射分析表明TiO_2由非晶态向锐钛矿型的转变.热重(TG)和差热(DSC)分析表明,TiO_2有明显的热行为,其能够在低温水浸润环境下实现非晶态向锐钛矿型的转变.同时,硅油作为覆盖层减少了水分的挥发,提高了TiO_2在结晶过程中DSC的测量精度.较高的浸润温度和较长的浸润时间能够降低TiO_2的结晶温度,该研究提供了一种优化低温水浸润环境下合成锐钛矿型TiO_2的方法.     

铁掺杂TiO_2-SBA-15催化剂制备及光催化降解甲基橙研究

采用溶胶-凝胶法,将TiO_2负载到介孔分子筛SBA-15上,再通过FeCl3浸渍的方法,将不同量的铁掺杂到TiO_2-SBA-15上.通过FT-IR、XRD、N2吸附-脱附和TEM等手段对铁掺杂TiO_2-SBA-15催化剂进行表征.结果表明:负载TiO_2后的SBA-15依然为高度有序的二维六方结构,比表面积略有减小,说明SBA-15的孔道结构有利于TiO_2的分散.掺铁后的TiO_2-SBA-15的结构改变不大,且TiO_2晶形仍为锐钛矿型.最后以光催化降解甲基橙探究不同铁掺杂量的TiO_2-SBA-15催化活性.结果表明:铁离子掺杂量为0.035%(质量分数),紫外光照射200min时,甲基橙降解率达最高值98.2%.     

锐钛矿TiO_2纳米球的低温微波法制备及其光催化性能

以六氟钛酸铵为钛源和硼酸为硼源,在低温(100℃)开放体系中,通过微波辅助法制备了花形TiO_2纳米球。同时,当钛源浓度较低(c((NH_4)_2TiF_6)=1.5×10~(-3) mol/L)时,也能在较短加热时间内(15min)制备得到结晶度较好的锐钛矿相TiO_2。以罗丹明B为降解目标,探讨了不同微波加热时间下制备的TiO_2纳米球的紫外光催化性能。结果表明,采用该方法制备的TiO_2纳米球在紫外光下具有很好的光催化性能,且均优于商品化P25-TiO_2。     

N、Pt共掺杂三维海胆型TiO_2制备及光电性能研究

采用水热法制备了N、Pt共掺杂三维海胆型TiO_2材料,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱对材料进行表征分析,同时采用电化学方法对其进行光电转化性能测试.结果表明,N取代TiO_2中O晶格结点的位置,Pt取代Ti晶格结点,成功地掺杂至TiO_2晶格中. N、Pt的掺杂不仅有利于TiO_2从金红石相向锐钛矿相转变,而且对其晶体的生长也起了抑制的作用. N、Pt共掺杂的TiO_2是由具有共同中心的纳米棒组装而成的三维海胆球形结构,球的尺寸分布较窄,直径约为1～2μm,组装纳米棒的直径约为7～8 nm,长度约为100～150 nm.当掺杂摩尔比为5∶5时,样品在紫外和可见光的吸收达到最高,UV-Vis吸收边红移将近100 nm.从光电转换图和线性扫描伏安曲线可以看出,在比表面积、带隙宽度、晶型、载流子数量及元素间协同作用下,掺杂摩尔比为5∶5样品的光电转化效率高达22.4%,为纯海胆型TiO_2的4.48倍.所有试剂均为分析纯.     

在AAO模板上用溶胶—凝胶法制备TiO_2纳米管阵列

用二次阳极氧化法在草酸电解液中制备出有序多孔阳极氧化铝(AAO)模板,采用溶胶-凝胶法在负压辅助条件下用钛酸四丁脂Ti(OC_4H_9)_4为TiO_2前驱体溶胶浸渍AAO模板,450℃下热处理制备长度和孔径可控的TiO_2纳米管的阵列结构.剥离去除模板后,用FE-SEM、XRD对产物形貌、晶型进行表征和分析.结果表明,制备的TiO_2纳米管长约3μm,外径130 nm,内径100 nm,与AAO模板的孔径相当,且单根TiO_2纳米管分散性较好,管与管之间无团聚,说明负压辅助可提高TiO_2纳米管的连续性.XRD分析显示,TiO_2纳米管呈锐钛矿相晶型.     

铁氮掺杂二氧化钛材料的制备与光催化性能研究

通过溶胶凝胶法,以硝酸铁为铁源、尿素为氮源,分别制备了铁掺杂、氮掺杂、铁氮共掺杂二氧化钛粉末。采用X射线衍射仪,紫外-可见光谱仪等对样品进行表征和分析;并以亚甲基蓝作为目标降解物,评价样品的光催化性能。结果表明,500℃下制备的催化剂均为锐钛矿相,结晶性较好,掺杂使材料的吸收光谱发生红移;掺铁5%,掺氮12%时对可见光的吸收效果最好。光催化6 h对亚甲基蓝的降解效果效果Fe-N-TiO_2Fe-TiO_2N-TiO_2纯TiO_2。Fe、N共掺杂产生协同作用,使TiO_2的光催化性能明显优于单掺杂样品和纯TiO_2。