Nb_2O_5-TiO_2复合氧化物结构与光催化性能研究

采用共沉淀法制备Nb2O5-TiO2复合氧化物,通过XRD、LRS和UV-vis DRS等方法考察Nb/Ti原子比和焙烧温度对Nb2O5-TiO2复合氧化物结构的影响,以水体中苯酚的降解为探针反应考察复合氧化物的光催化活性.结果表明,Nb2O5-TiO2复合氧化物结构与Nb/Ti原子比和制备温度有关.随着Nb5+进入TiO2晶格,在可见光区域形成一新的吸收带,该吸收带强度随Nb/Ti原子比和焙烧温度变化,当焙烧温度高于973 K时,可见光区域吸收带消失.低Nb/Ti原子比下,Nb5+对TiO2由锐钛矿相向金红石相转变具有抑制作用,而高的Nb/Ti原子比下Ti4+对Nb2O5晶相结构具有导向作用.复合物对水体中苯酚的光催化降解活性随着Nb/Ti原子比增加而降低.     

TiO_2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的赝势方法对锐钛矿、金红石和萤石结构的TiO2进行模拟,研究了锐钛矿结构、金红石结构和萤石结构TiO2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量B0和体弹模量对压强的一阶导数B0′。对模型进行结构优化后,应用第一性原理方法比较分析了三种晶型TiO2的电子结构,研究了其能带和态密度的分布情况,得出TiO2的价带主要是由O的2p态贡献的,导带主要是由Ti的3d态贡献的。得到三种晶型的禁带宽度,其中萤石结构的禁带宽度远小于金红石结构和锐钛矿结构,可以预计萤石TiO2光谱的吸收范围扩大,光催化性能会相应有所提高。     

CdS修饰金红石/锐钛矿混合晶相TiO_2双异质结薄膜的光催化性能研究

采用化学气相沉积法在Ti基上制备了金红石相TiO2纳米棒(A-TiO2 NRs),将其在低浓度的TiO2溶胶中浸泡后退火得到锐钛矿/金红石混合晶相TiO2核壳结构(A/R-TiO2 NRs).采用化学水浴沉积法在该结构表面修饰CdS纳米晶颗粒,得到CdS纳米晶粒修饰的锐钛矿/金红石混合晶相TiO2三元双异质结(CdS-A/R-TiO2 NRs)薄膜.将该纳米复合薄膜用做光催化剂在模拟太阳光照射下降解目标污染物甲基橙.实验结果表明,A/R-TiO2 NRs薄膜样品的光催化活性优于纯R-TiO2 NRs样品;而CdS-A/R-TiO2 NRs混合晶相双异质结薄膜的光催化活性有更显著的增强.     

钛酸铝陶瓷粉体的制备研究

以NH4HCO3作沉淀剂的共沉淀法制备了钛酸铝(Al2TiO5)陶瓷粉体．实验发现，此反应体系的pH值对钛、铝元素的沉淀量有重要的影响，只有在pH6．0～6．5左右极小范围内能保证钛、铝完全沉淀．采用FT-IR、XRD、DTA-TG等分析手段确定了前驱体的组成．通过XRD、DTA-TG等分析表明，前驱体在热处理形成Al2TiO5的过程中，物相的变化情况是：碳酸铝铵→无定形Al2O3→α-Al2O3；无定形TiO2→锐钛型TiO2→金红石型TiO2；在1000℃左右α-A12O3和金红石TiO2开始形成Al2TiO5，然后在1350℃完全形成Al2TiO5．同时，TEM分析显示Al2TiO5粉体的形貌为球形，粒径为70～100nm．     

纳米TiO2的制备及其表征

以H2TiO3为主要原料,NH3·H2O为沉淀剂,采用均相沉淀法首先生成无定形TiO(OH)2前驱体,再经洗涤、过滤、干燥及灼烧得到纳米TiO2.采用热重分析仪分析了前驱体的热分解行为;采用紫外-可见分光光度计、X-射线粉末衍射仪及透射电子显微镜分别对样品的紫外吸收特性、晶型、粒子形貌及尺寸等进行了表征.结果表明:所制得的纳米TiO2为四方晶系金红石结构,呈球状或椭球状,在近紫外光区有一强的吸收,对应的波长约为340nm;在800℃下灼烧2.5h制得的纳米TiO2的紫外吸收性能最佳.     

焙烧温度对TiO2纳米晶型转变及粒度的影响

以阴离子交换膜为隔膜,在阴极采用电化学沉淀法制备TiO2·xH2O纳米颗粒,并在不同温度下进行焙烧,得到不同晶型和粒度的TiO2.TEM和XRD分析结果表明:在773 K时TiO2微粒呈现出锐钛矿结构,粒径约为30～40 nm;在873 K时TiO2微粒出现以锐钛矿为主含有3.85%金红石相混晶结构,粒径约为50～60 nm;在1 173 K时TiO2微粒已完全转变为金红石相,粒径达到100 nm以上.     

六钛酸钾纳米晶须的水热反应相转变行为

以偏钛酸为钛源,与无水碳酸钾混合,利用高温固相法成功制备了六钛酸钾(K2Ti6O13)纳米晶须,并通过不同的水热反应条件考察了K2Ti6O13晶须相转变过程.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等测试手段表征了K2Ti6O13水热反应过程中的物相转变与形貌变化.结果表明:在不同酸介质水热反应条件下,K2Ti6O13发生相转变,并可控得到锐钛矿相TiO2纳米颗粒、纳米棒及纺锤体金红石TiO2,这种相转变过程可归结为K2Ti6O13风洞结构的溶解-重组机制;在浓NaOH作用下,K2Ti6O13通过剥离与重组作用,向Na2Ti3O7相转变.此外,考察了酸介质水热产物的催化性能,可见光条件下,1mol/LHCl、130℃保温12h得到锐钛矿纳米TiO2颗粒具有优异的光催化性能.     

一步法合成锐钛矿相和金红石相TiO2的光催化活性的研究

以酞酸丁酯为钛源,利用一步合成法分别合成出锐钛矿相和金红石相TiO2,并利用XRD、BET和SEM表征其晶相、粒度和表面状态,其结果证实两种晶相TiO2具有相近的结晶度和粒度.在此前提下,通过对两种晶相TiO2进行第一性原理、DRS和ζ电位的分析,得出金红石相TiO2的光催化活性优于锐钛矿相TiO2的结论.此外,在可见光条件下,选取带不同表面电荷的三种有机物进行2 h光催化实验,其光催化反应动力学的结论证实了金红石相TiO2的光催化反应速率较优,并对其原理进行了解释.     

气相燃烧合成TiO_2纳米颗粒的形态与结构

建立了 CO气相燃烧合成纳米颗粒材料技术 ,利用 Ti Cl4 气相氧化合成粒度小于 1 0 0 nm的纯金红石相以及锐钛和金红石混合相的 Ti O2 颗粒。当混合温度升高、Ti Cl4 进料量减少、停留时间减小时 ,Ti O2 颗粒粒度减小。随混合温度升高、Ti Cl4 进料增大以及停留时间延长 ,Ti O2 颗粒中金红石含量增大。在反应物中加入 Al Cl3 作为晶型调节剂时 ,Ti O2 颗粒粒度减小 ,金红石含量增大。在 Al Cl3 含量 w>0 .0 5时 ,金红石达到 1 0 0 %     

溶胶-凝胶法制备具有室温铁磁性的Ti_(0.975)Co_(0.025)O_2纳米颗粒

采用溶胶-凝胶工艺制备了磁性Co掺杂TiO2基稀磁半导体的纳米颗粒,在空气氛围中以不同温度对样品进行退火处理.通过差热/热重综合热分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)、透射电镜(TEM)分析了纳米颗粒的结构和相变温度.使用振动样品磁场计(VSM)测试样品磁性能.研究发现:退火温度较低时样品为锐钛矿结构,在823K时出现少量金红石相,当退火温度为873K时,样品基本转变成金红石结构,同时析出少量CoTiO3.退火温度同时对样品的磁性有较大影响.随着退火温度的升高,样品室温下的M-H曲线由顺磁形式向铁磁形式转变.退火温度为873K时,我们得到了具有室温铁磁性的Ti0.975Co0.025O2纳米颗粒.     

TiO2-Al2O3复合光催化剂的制备及其对甲基橙的降解

以Ti(SO4)2和Al2(SO4)3·18H2O为反应物,用乙醇助溶剂水热法制备了TiO2-Al2O3复合光催化剂,考察了铝/钛摩尔比、水热反应温度、乙醇体积分数及pH值对复合材料光催化效率的影响.X射线衍射测试显示复合材料中的TiO2为锐钛矿和金红石相的混晶结构,紫外-可见漫反射光谱分析表明其吸收光谱发生蓝移,BET测试表明该复合材料具有较大的比表面积.     

Ag 掺杂TiO2薄膜的低温制备及其光催化性能研究

以钛酸四丁酯为钛前驱体,硝酸银为银物种掺杂给体,采用溶胶—凝胶法低温制备经Ag+掺杂改性的TiO2溶胶,并采用旋涂法在普通盖玻片上制备TiO2薄膜,用XRD、FTIR等测试手段对制备的样品进行表征。以2,4-二氯苯酚为模拟污染物,考察了Ag+-TiO2薄膜的光催化活性。结果表明:掺杂Ag+对TiO2的晶型转变有影响,可促进锐钛矿相向金红石相转变;银物种以Ag2O与Ag2TiO3形式存在。在实验条件下,掺杂Ag+的摩尔分数为1.5%时,其光催化性能最好,且薄膜的光催化重复使用性能良好。     

不锈钢基底上TiO2薄膜的制备和结构分析

为了在不锈钢表面形成良好膜基结合强度且成分结构可控的TiO2薄膜,首先利用双层辉光离子渗镀技术在不锈钢表面形成渗Ti层,渗金属温度为950℃,然后将渗钛试样置于真空管式炉在200～750 ℃温度范围内进行热氧化从而形成不同结构的TiO2薄膜.重点就氧化温度对所形成TiO2薄膜的组织成分和相结构的影响进行了研究.结果表明:不同温度下不锈钢表面均形成了致密、均匀的钛氧化物薄膜,且Ti、O元素在不锈钢基底上形成了扩散层,随着温度升高,扩散层厚度增大.XRD分析结果表明:在温度低于300℃时,生成相为TiO和锐钛矿TiO2的混晶;在300～600 ℃的温度范围,为单一锐钛矿TiO2结构;在650℃以上时,晶型转变为金红石结构.     

TiO2离子筛的制备及表征

采用商品二氧化钛（P25）经过改性、浸渍、焙烧、酸洗和干燥过程制备离子筛，并通过X-射线衍射对样品晶相结构进行了表征，进一步对锂离子的吸附性能进行了研究．结果表明，P25在1173K、焙烧8h后得到了锐钛相TiO2，进一步得到对锂离子具有特殊记忆效应的离子筛；随着浸渍过程Li与Ti摩尔比的增加，前驱体中Li—Ti—O固熔体的量逐渐增加，主要物质为立方晶系的Li1.33Ti1.66O4；经酸浸脱得到的离子筛为锐钛相TiO2，对锂离子的平衡吸附量达到0．7mmol／g．     

钛硅纳米复合氧化物结构特征及形成机理

在HRTEM、XPS、XRD和EDS表征溶胶凝胶法制备不同钛硅纳米复合氧化物粉体微结构基础上,对其整体结构和形成机理进行了深入研究和归纳.研究发现,钛硅纳米复合氧化物具有以下结构特征:随SiO2含量增大,纳米晶TiO2晶格缺陷增多,晶粒增长和相变被抑制,SiO2在较高温度仍以无定形存在; 复合物表面为双层结构,第一层为富氧层,第二层为富硅缺氧层(TiOx,SiOy和Ti-O-Si).热处理过程中,Si原子和Ti原子的反向扩散和再分配导致钛硅纳米复合氧化物粉体结构呈非平衡紊乱状态并向平衡状态过渡,最终导致其具有以上结构特征.SiO2抑制纳米晶TiO2晶粒增长和相变机理为连锁抑制机理:Si原子进入TiO2晶格导致锐钛相TiO2晶胞体积缩小, 这抑制了TiO2晶粒增长;TiO2晶粒增长被抑制又导致向金红石的相变温度提高.     

钴掺杂对二氧化钛晶粒尺寸及相变的影响

通过溶胶凝胶法制备了纯Ti O_2与不同Co浓度掺杂的Ti O_2纳米粉体,并对样品进行了450、550、650℃保温2 h的热处理.采用X射线衍射仪对制得的纳米粉体进行了晶体结构表征,研究了热处理温度以及Co掺杂浓度对Ti O_2晶粒尺寸以及锐钛矿金红石相变的影响.结果表明:纯Ti O_2与Co-Ti O_2在450℃时为单一的锐钛矿;550℃时,纯Ti O_2有微量金红石生成,Co-Ti O_2仍然全部为锐钛矿;650℃时纯Ti O_2大部分转变为金红石,当Co掺杂量较低时,Co能促进锐钛矿相向金红石相的转变,而当掺杂浓度为8%时,Co抑制锐钛矿相向金红石相的转变;热处理温度升高以及Co掺杂浓度增加有利于Co Ti O_3相的生成,相同温度下,Co掺杂后Ti O_2晶粒尺寸减小.     

Al掺杂TiO2的制备及酸化处理对其光催化活性的影响

锐钛矿相TiO2的光催化活性高于金红石相。采用化学溶液分解法制备了舢掺杂锐钛矿TiO2,并用硝酸对其进行酸化处理。利用TG—DTA、XRD、FTIR、BET和UV-vis等手段对样品进行了表征,通过对甲基橙的降解分析了酸化处理对Al掺杂TiO2光催化活性的影响。结果表明：掺杂Al能有效抑制TiO2由锐钛矿向金红石转变。酸化处理因能增大Al掺杂TiO2的比表面积而使其光催化活性提高。Al／Ti掺杂比为1：4的样品在酸化处理后具有的光催化活性最高,60min后对甲基橙的降解达到100％。     

Ti_(0.9925)Co_(0.0075)O_2粉末的制备及退火处理后的光催化性能研究

以钛酸正丁酯、六水硝酸钴等为原料制备了溶液前驱体,将前驱体置于高压反应釜中170℃反应7 h,得到Ti0.9925Co0.0075O2粉末样品.然后将样品在空气氛围下550℃进行退火处理,得到退火处理的Ti0.9925Co0.0075O2粉末样品.利用X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)对样品的结构进行表征.利用紫外—可见光谱(UV-Vis)以罗丹明B溶液为目标降解物,考察了样品的光催化性能.研究发现,未退火处理和退火处理的Ti0.9925Co0.0075O2粉末样品均为锐钛矿结构.退火处理的Ti0.9925Co0.0075O2粉末样品结晶更完善,晶粒尺寸长大.光催化研究结果表明,未退火处理的样品光催化活性较好,退火处理的样品光催化活性稍差.     

Al掺杂TiO_2的制备及酸化处理对其光催化活性的影响

锐钛矿相TiO2的光催化活性高于金红石相。采用化学溶液分解法制备了Al掺杂锐钛矿TiO2,并用硝酸对其进行酸化处理。利用TG-DTA、XRD、FTIR、BET和UV-vis等手段对样品进行了表征,通过对甲基橙的降解分析了酸化处理对Al掺杂TiO2光催化活性的影响。结果表明:掺杂Al能有效抑制TiO2由锐钛矿向金红石转变。酸化处理因能增大Al掺杂TiO2的比表面积而使其光催化活性提高。Al/Ti掺杂比为1∶4的样品在酸化处理后具有的光催化活性最高,60min后对甲基橙的降解达到100%。     

尖晶石型CoAl2O4包覆云母钛珠光颜料的制备及其表征

以云母为基质,TiCl4为原料,采用强迫水解法制备了云母钛前驱体;再以Co(NO3)2.6H2O和Al(NO3)3.9H2O为原料,利用化学共沉淀法制备了尖晶石型CoAl2O4,并将其包覆在云母钛前驱体上,制备出蓝色云母钛珠光颜料.采用红外光谱和X射线衍射对产品进行了表征,并对产品进行了性能测定.蓝色云母钛珠光颜料表面包覆了金红石型TiO2和尖晶石型CoAl2O4,具有较好的珠光光泽并且性质稳定.