二氧化钛/金属有机骨架复合材料的制备及其应用

金属有机骨架(Metal-organic frameworks,MOFs)由于具有可调控的孔道、高比表面积和孔隙率等特点,在药物运载、气体吸附和分离、传感、发光、催化以及质子传导等领域备受青睐,但MOFs普遍具有较大的带隙以及相对较低的电荷分离效率.二氧化钛(Titanium dioxide,TiO_2)作为半导体材料之一,有高耐用性、低成本、低毒、超亲水性和化学稳定性等特点,在光催化领域具有十分广泛的应用,但本身也存在着一些问题,如粒径小、带隙宽、电子-空穴对复合率高.两种材料的缺点限制了它们在光催化以及其他领域的应用.二氧化钛/金属有机骨架复合材料(TiO_2/MOFs composites)作为新型复合材料,兼具二者优点,可以有效弥补二者缺点,在解决环境、能源问题等方面具有十分广阔的应用.本文基于四种典型结构的二氧化钛/金属有机骨架复合材料,即TiO_2生长于MOFs表面、MOFs包裹在TiO_2表面、MOFs与TiO_2夹心型结构以及TiO_2生长在MOFs孔道内,介绍了二氧化钛/金属有机骨架复合材料的合成方法以及该类复合材料在光催化等领域的应用,总结了不同合成方法对于性能的影响,提出了复合材料在应用上存在的不足,并对复合材料的未来发展进行了展望.     

两种MOFs材料降解染料废水的光催化活性

以吡啶羧酸配体3-吡啶-4-苯甲酸(3,4-HPBC)为构筑块,过渡金属Ni(Ⅱ)和Co(Ⅱ)作为中心离子,合成了两种MOFs材料,[Ni(3,4-PBC)_2(H_2O)](1)和[Co(3,4-PBC)_2(H_2O)](2)。以酸性品红和甲基橙溶液为模型污染物,考察了两种MOFs材料和敏化TiO_2复合材料对这两种污染物的光催化降解性能。结果表明:两种MOFs材料和敏化TiO_2复合材料对两种污染物具有较好的光降解活性。     

TiO_2纳米光催化材料的研究进展

在环境污染物的光催化分解中,高活性光催化剂的使用是关键环节.本文综述了近年来TiO_2光催化材料改性的重要方法以及新型TiO_2光催化剂的研究进展. TiO_2光催化剂的改性方法主要有复合半导体、染料光敏化、贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂、多元共掺杂等.新型光催化剂种类主要有钙钛型光催化剂、层状金属氧化物光催化剂、隧道结构化合物光催化剂等.未来可以考虑利用普鲁士蓝类纳米配合物和金属-有机框架材料(MOFs)对TiO_2光催化材料进行改性,得到新型的具有高催化活性的的TiO_2光催化剂.     

MOFs衍生含碳TiO_2的设计合成与光催化应用研究进展

TiO_2是一种典型的半导体光催化材料,因具有较高的光催化活性、稳定性和较低的成本,在光催化领域有着潜在的应用价值。绝大多数已报道的纳米TiO_2材料易团聚且光生电子空穴极易复合,大大限制了其在实际中的应用。MOFs高温下会使有机骨架热裂解,形成含大量的孔结构并暴露出活性位点的氧化物,用该方法制备的金属氧化物不仅比表面积较大,而且使金属氧化物高度分散在有机骨架裂解后的碳矩阵中,从而有效避免了纳米金属氧化物的团聚。重要的是,碳骨架可以传输光生电子,从而避免了光生电子和空穴的复合,大大提高了光催化效率。该文综述了近年来国内外对MOFs衍生制备TiO_2材料及其应用的研究报道,着重介绍了含碳TiO_2的设计合成与光催化应用研究进展,并对基于金属有机框架材料设计合成含碳氧化物及其光催化性能研究进行展望。     

还原氧化石墨烯-TiO_2复合纳米材料制备与光催化性能

利用新型碳材料还原氧化石墨稀对TiO_2进行改性,以期提高TiO_2的光催化活性.采用溶剂热法,以氧化石墨烯(GO)和钛酸四丁酯(Ti(OBu)4)为原料,成功制备了不同还原氧化石墨烯含量的RGO/TiO_2纳米复合材料.运用XRD、TEM、FT-IR和UV-vis等手段研究了复合材料的性质,同时以甲基橙(Methyl Orange,MO)为模型,评价了不同反应条件下制备的复合物的光催化性能,讨论了不同还原氧化石墨烯含量、催化时间等对复合物的光催化性能的影响.在甲基橙评价模型基础上,将制得的具有最佳光催化性能的RGO/TiO_2复合材料进行致病大肠杆菌的抗菌实验,以此来检验RGO/TiO_2纳米复合材料的抗菌效果.实验结果表明,采用溶剂热法在180℃下煅烧6h制得RGO/TiO_2纳米复合材料,锐钛矿相TiO_2通过C-O-Ti键均匀地分布在片层还原氧化石墨烯载体上.RGO/TiO_2复合材料对甲基橙溶液的降解率明显高于纯纳米TiO_2.当制备复合材料时GO的初始投加量为40mg时,制得的RGO/TiO_2复合材料对甲基橙的降解率达到50%.同时,该RGO/TiO_2纳米复合材料对致病大肠杆菌有明显的抗菌作用.     

CdS光化学修饰介孔TiO_2及其增强的可见光催化活性（英文）

【目的】提高介孔TiO_2材料的光催化活性。【方法】采用蒸发诱导自组装法(EISA),以四氯化钛和钛酸丁酯为钛源,嵌段共聚物P123(EO20PO70EO20)为模板剂,制备介孔TiO_2。用光化学修饰法将CdS掺进介孔TiO_2中,合成对可见光有较好响应的复合材料,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、原子吸收分光光度法(AAS)和光催化等手段对样品进行表征。【结果】XRD和TEM结果表明成功合成有序的六方介孔材料;AAS确定复合材料中Cd的含量为0.96mg/g;光催化于500 W氙灯下以2×10~(-5)mol/L次甲基蓝(MB)为模型污染物,结果显示CdS/TiO_2复合材料的可见光催化活性明显提高。【结论】光化学修饰法制备的介孔CdS/TiO_2复合材料可增强其可见光催化活性。     

G/TiO_2/CoFe_2O_4磁性复合光催化材料的制备及光催化降解亚甲基蓝

以天然鳞片石墨为原料,用改进的Hummers法氧化制备氧化石墨烯;以Fe Cl2,Fe Cl3为原料,用共沉淀法合成Co Fe_2O_4;再用一步水热合成法制备G/TiO_2/Co Fe_2O_4三元纳米复合材料.用FT-IR、XRD、AFM、TEM对氧化石墨烯和G/TiO_2/Co Fe_2O_4复合材料进行表征,并在紫外光照下对比G/TiO_2,TiO_2/Co Fe_2O_4,G/TiO_2/Co Fe_2O_4复合材料对亚甲基蓝的降解效果.结果表明,在紫外光照射下,G/TiO_2/Co Fe_2O_4复合材料光催化降解亚甲基蓝的催化效率明显大于单纯G/TiO_2,TiO_2/Co Fe_2O_4,光催化40 min后,脱色率达90%.G/TiO_2/Co Fe_2O_4复合材料不失为一种有潜力的光催化降解染料废水催化材料.     

电气石/TiO_2复合材料的组成与微观形态

为了揭示电气石/TiO_2复合材料使电气石增白和具有颜料性质的内在机制,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)测试和电气石、TiO_2颗粒表面官能团性质的分析等方法,研究了电气石/TiO_2复合材料的组成与微观形态。研究结果表明,电气石/TiO_2复合材料由包核物电气石颗粒和其表面包覆的结晶Ti_O2所组成,Ti_O2在电气石表面形成均匀、牢固的包覆层。研究结论初步反映了电气石和Ti_O2的作用性质,有助于对电气石/Ti_O2复合材料综合性能的认识和应用。     

MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能研究进展

由于具有质量轻、比表面积高以及独特的多孔结构等特点,金属有机框架(metal organic frames,简称MOFs)材料被认为是潜在理想的功能纳米材料.通过改变金属离子、有机配体和合成方法,可以构建多种MOFs,由此衍生的复合材料广泛应用于电磁微波吸收领域.该文概述MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能的研究进展,并展望提高MOFs衍生的复合材料电磁微波吸收性能的新途径.     

以紫茎泽兰为模板制备的C/TiO_2复合材料对苯酚吸附性能的研究

选用紫茎泽兰茎和叶为模板制备了C/TiO_2复合材料,采用X线衍射(XRD)、N2等温吸附-脱附、电子扫描电镜(SEM)、电子透射电镜(TEM)和电子能谱等技术,对产物进行表征和分析;并研究了不同煅烧时间、煅烧温度条件下以紫茎泽兰为模板制备的C/TiO_2复合材料对苯酚吸附能力的影响.结果表明,以紫茎泽兰叶和茎为模板的C/TiO_2材料,成功保留了紫茎泽兰叶和茎的气孔,叶脉、茎维管束和孔道结构.煅烧时间为4 h、煅烧温度为1 000℃时,以紫茎泽兰叶为模板制备的C/TiO_2复合材料对质量浓度为50×10-6苯酚吸附效果最佳,吸附率达到97.8%.     

基于二氧化碳吸附脱附金属有机框架复合材料的制备

作为温室气体的二氧化碳其实是一种宝贵的资源,通过回收、固定、利用及其资源化不仅可以减少大气污染,还是"变废为宝"的一种有效途径。金属有机框架(MOFs)因其具有超高比表面积和巨大孔容等特点而被广泛应用于二氧化碳吸附脱附,但是因其脱附时需要很多额外能量,因此启发人们在合成MOFs材料时掺杂功能有机材料、引入混合配体或者直接用特定基团修饰,从而制备出拥有特定功能的MOFs材料。本文研究通过溶剂热法制备了掺杂聚多巴胺支撑银(PDA@Ag)于金属有机框架(Ui O-66)中的纳米晶体材料(PDA@Ag/Ui O-66);X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和元素面扫描分析等证实了成功制备出十四面体的纳米晶体材料(PDA@Ag/Ui O-66);热重分析(TGA)表明当引入PDA@Ag后,复合材料(PDA@Ag/Ui O-66)具有更好的热稳定性;通过CO2等温吸附/脱附试验发现,引入PDA@Ag后,复合材料的CO2吸附量反而下降,归因于PDA@Ag覆盖了Ui O-66的吸附位点,但脱附量相对增加了。     

少层Ti_3C_2T_x基复合材料的制备及其光催化性能

通过刻蚀Ti_3AlC_2前驱体制得少层Ti_3C_2T_x(DL-Ti_3C_2T_x),以二甲基亚砜为反应溶剂采用溶剂热法控制氧化DL-Ti_3C_2T_x制备了TiO_2/DL-Ti_3C_2T_x复合材料。借助XRD、SEM、TEM、Raman等对相关样品的物相结构及微观形貌进行表征,并通过罗丹明B的光降解实验评价了所制复合材料的光催化性能。结果表明,复合材料DL-Ti_3C_2T_x片层的表面形成了均匀致密的锐钛矿型TiO_2纳米颗粒,通过控制溶剂热温度能够调控复合材料中DL-Ti_3C_2T_x和TiO_2的相对含量,并且当溶剂热温度为100℃时,所制TiO_2/DL-Ti_3C_2T_x复合材料光催化性能最佳。     

MOFs及其复合物光催化降解水中污染物的应用研究进展

金属有机骨架化合物(metal organic frameworks,MOFs)是一类新型晶态多孔材料,具有表面积大、孔隙率高、合成成本低等特点。由于MOFs具有独特的孔道结构和分散的活性中心,它在催化领域得到了广泛的应用。首先,介绍了常见MOFs的种类和合成方法,总结了不同合成方法的特点;然后,梳理了MOFs作为光催化剂高效去除废水中的重金属、染料以及抗生素等的最新研究进展,阐述了MOFs及复合材料光催化不同污染物时的反应机理、反应效率、各种实验条件对光催化性能的影响;最后,对MOFs光催化处理废水的前景进行了展望,并探讨了所面临的挑战。     

金属有机骨架材料成型的研究进展

金属有机骨架材料(MOFs)是由无机金属离子或离子簇与有机配体通过配位键自组装而成的有机-无机杂化多孔固体材料。一般采用水热或溶剂热法制备,产品为微米或亚微米尺度大小的晶体,不适宜于规模化工业应用,需要将其构建成成型体。由于MOFs材料组成上的特殊性,尚缺乏统一的普适性成型方法。本文综述了MOFs成型方法,主要包括共混成型法、原位生长法及高内相乳液法。根据固化方式及实验过程的不同,共混成型法又可分为溶胶-凝胶法、静电纺丝法;原位生长法可分为一步合成法、逐步法以及层叠层法。最后从负载量、适用范围、MOFs分散的均匀性以及成型前后对MOFs性质的影响等方面,对这几种成型方法进行比较,并对MOFs成型体制备的方法作出展望。     

TiO_2纳米片/石墨烯复合电极材料的制备及其超级电容器性能

以无定形TiO_2粉体为前驱体,利用水热反应制得TiO_2纳米片,后与氧化石墨复合并还原得到TiO_2纳米片/石墨烯(rGO)复合电极材料。利用X射线衍射(XRD)、氮气吸脱附、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对其形貌和结构进行表征。结果表明,TiO_2纳米片是由粒子聚集而成,在复合材料中,TiO_2纳米片进入到了石墨烯片层之间,增加了复合材料的比表面积。循环伏安(CV)、恒电流放电(CP)和循环寿命测试表明,TiO_2/rGO纳米复合电极材料在三电极体系中,电流密度为1A·g~(-1)时,比电容高达240.9 F·g~(-1)。2 000次循环后仍保持初始电容68%,表现出优秀的超级电容器电极材料性能。     

双连续相微乳液制备纳米TiO2/P(MMA/BMA)复合材料与表征

研究了油酸对纳米二氧化钛(TiO_2)改性后的纳米二氧化钛与聚甲基丙烯酸酯(poly(methl methacrylate/butyl methacrylate), P(MMA/BMA))聚合得到复合材料的性质.红外光谱、分散性能分析和接触角分析表征结果表明,改性后二氧化钛疏水性增强.采用双连续相微乳液法制备TiO_2/P(MMA/BMA)复合材料,并利用红外光谱表征TiO_2/P(MMA/BMA)复合材料.由能谱仪(energy dispersive spectrometer, EDS)分析表明,油酸改性纳米TiO_2在复合材料中分散均匀,并且讨论了二氧化钛添加量对产物热稳定性和紫外线屏蔽的影响,随着TiO_2含量的增加(最高5%),热分解温度升高,紫外吸收区域变强,能阻挡400 nm以下的紫外光.     

NiFe2O4/TiO2纳米颗粒材料的磁性及光催化性能研究

采用水热合成工艺制备了NiFe_2O_4纳米颗粒材料与NiFe_2O_4/TiO_2纳米复合材料,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对样品的微观结构与形貌进行了测试与表征,利用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁学性能进行了测试与分析,并研究了NiFe_2O_4/TiO_2纳米复合材料对罗丹明(RhB)的光催化降解性能.研究表明,反应温度对NiFe_2O_4样品的微观结构与磁性有重要的影响,软磁相NiFe_2O_4的存在不但有效地提高了NiFe_2O_4/TiO_2纳米复合材料光催化性能,而且赋予了其良好的磁分离特性.     

g-C_3N_4/TiO_2@Ag复合材料的制备及可见光催化性能研究

以g-C_3N_4和表面沉积Ag的TiO_2微球为原料,超声混合制备了g-C_3N_4/TiO_2@Ag复合材料.采用FT-IR,XRD,XPS,SEM,DRS,UV-Vis和PL等表征手段对材料的结构、形貌及光学性能进行了表征,在可见光照射下测试了其对亚甲基蓝溶液(MB)的光催化活性.结果表明,该复合材料分离光生电子与空穴效率高,对MB的光降解率为97.4%,高于TiO_2@Ag(65.5%)和g-C_3N_4/TiO_2(89.7%)的降解率.     

MOFs材料在不对称催化中的应用

目前金属-有机框架（MOFs）材料已经在多个领域得到了发展,其中包括气体吸附、催化等方向.近年来,由于不对称催化的快速发展,手性MOFs材料在立体选择性催化中也得到了研究者们的广泛关注.手性MOFs材料具有很强的手性识别能力,并且由于有机配体的可修饰性,使MOFs材料具有更多的活性催化位点.文章详细介绍了手性MOFs材料的分类、合成思路,及其在不对称催化应用中的最新进展.     

金属有机骨架材料制备、特性及其在环境治理方面应用的研究进展

文章介绍了MOFs材料的特性、合成方法以及近年来在治理水污染、大气污染等环境修复中的应用. MOFs材料主要用途为吸附分离甲烷、二氧化碳等温室气体,以及二氧化硫、挥发性有机物等其他有害气体;还可用于吸附水体中重金属离子和有毒染料,并催化污染物的降解.