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.     

金红石TiO_2微米球的可控合成及其形成机理研究

以钛酸丁酯为钛源,P123为形貌控制剂,采用水热法成功合成了形貌规整的平均直径为1μm的金红石TiO_2微米球.微米球是由平均直径为30nm,平均长度为250nm,侧面暴露{110}晶面和顶端暴露{111}晶面的金红石TiO_2纳米棒组装而成.微米球的表面主要暴露纳米棒的{111}晶面,其{111}晶面比例接近100%.系统考察了P123的浓度、HCl的浓度和水热温度对金红石TiO_2微米球结构的影响规律,并提出了金红石TiO_2微米球的形成机制.     

CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列的制备及其光电和光催化性能

CdSe是一种具有可见光响应的半导体材料,利用CdSe对TiO_2进行敏化有望使复合材料具有可见光吸收,有效促进光生电荷的分离.采用水热法在掺杂F的SnO2(FTO)导电玻璃表面制备金红石TiO_2纳米棒阵列,再采用连续离子层吸附反应法在TiO_2纳米棒阵列表面复合CdSe纳米颗粒,制得CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列,并对其进行了表征.实验结果表明,CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列在可见光区有较强的光吸收,其光电流密度是TiO_2纳米棒阵列的10倍,对亚甲基蓝的可见光催化降解速率较亚甲基蓝的自降解和TiO_2纳米棒阵列分别提高了85%和75%.     

TiO_2纳米棒薄膜的水热法制备及光催化性能研究

本文以钛酸四丁酯为原料,采用水热法在FTO导电玻璃上制备了TiO_2纳米棒薄膜,应用SEM和XRD对膜层的形貌和晶型进行了分析和表征,并通过TiO_2纳米棒薄膜对甲基橙的光催化降解,研究了TiO_2纳米棒薄膜的制备条件与光催化活性的关系。结果表明:增加钛酸四丁酯的浓度和提高水热温度,都会提高样品的结晶程度,增加金红石相TiO_2的组分,使薄膜对紫外线的吸收明显增强,光催化性能显著提高。用该法制备的TiO_2纳米棒薄膜均匀、致密、无可视缺陷、稳定性好,光催化效率高,并且不产生二次污染,具有广泛的应用前景。     

喷雾燃烧法制备Pt/Ti_xCe_((1-x))O_2纳米颗粒及其CO催化氧化性能

采用喷雾燃烧法,以钛酸四异丙酯、2-乙基己酸铈和氯铂酸为前驱体,丙酸为溶剂,制备Pt/Ti_xCe_((1-x))O_2系列纳米复合颗粒。系统研究了催化剂助剂CeO_2添加量对产物的粒径、晶型、表面氧空位和CO催化氧化活性的影响规律,探讨了喷雾燃烧过程中纳米颗粒的生长机理。结果表明:Ce离子能够进入TiO_2晶格,并促进TiO_2由锐钛矿相向金红石相的转变;富集存在的CeO_2会沿着TiO_2金红石晶面外延生长为月牙岛状。Ce~(3+)能够增加颗粒表面的氧空位,提升载体活性氧参与CO氧化反应的可能性。Pt/Ti_(0.9)Ce_(0.1)O_2表现出最高的CO催化氧化活性,在70℃时CO转化率达到100%。     

硫化镉/石墨烯/TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

采用水热法在掺氟导电玻璃(FTO)上生长TiO_2纳米棒阵列。通过电化学伏安法将氧化石墨烯还原并沉积在TiO_2纳米棒阵列上,再经过化学水浴沉积硫化镉,形成Cd S/石墨烯/TiO_2阵列复合材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能量色散仪对样品的晶型、形貌以及成分进行分析。通过电化学工作站表征样品交流阻抗、开路电位、光电流响应及光化学能转换效率。结果表明,复合材料的电荷转移电阻约是未修饰的TiO_2纳米棒阵列的1/17,光电流比未修饰的TiO_2纳米棒阵列提高约2.5倍,在外加电压为-0.6 V时可达到2.2%。     

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.     

水热法制备TiO2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。     

金红石型纳米TiO2颗粒的制备及其光催化性质

采用沉淀\|胶溶法在70 ℃合成了平均粒径为20 nm且粒度分布均匀的金红石型TiO₂纳米颗粒. 通过XRD, TEM和Raman测试表明, 样品由多晶粉末组成, 具有单一的金红石型TiO₂结构, 粒度分布均匀. 金红石型TiO₂纳米颗粒对罗丹明B染料的光降解作用优于热处理得到的金红石型TiO₂纳米颗粒的光催化作用, 略低于P25 TiO₂纳米颗粒对罗丹明B染料的光催化能力.     

纳米多晶TiO2的光催化性能

以纯锐钛矿型和纯金红石型TiO2为原料,通过超声分散制备复合晶态的TiO2,研究纳米TiO2的晶相组成对光催化性能的影响.通过X射线衍射分析表征晶相组成与晶粒尺寸;以甲苯为目标降解物,采用气相色谱检测复合晶态的TiO2对甲苯的降解效果.结果表明:锐钛矿型TiO2的光催化性能明显地优于金红石型TiO2,但由于协同作用,一定比例的金红石能提高纳米多晶TiO2的光催化性能;当晶相中锐钛矿型与金红石型TiO2的质量比为83∶17时,纳米多晶TiO2具有最佳光催化活性.     

TiO_2、Al_2O_3基燃烧催化剂的固态化学研究

研究了TiO_2烧结及相变过程的动力学、机理及载体TiO_2经Al2O_3改性后的热稳定性。考察了以纯TiO_2和改性TiO_2为载体所制催化剂的耐热性。结果表明,Tio_2的烧结为体积扩散过程,锐钛型TiO_2变为金红石型的核化-生长过程中,成核和生长的活化能分别为71kJ/mol和227kJ/mol,其中生长过程为晶界扩散。用共沉淀法在TiO_2中掺杂Al_2O_3能明显提高Tio_2的热稳定性。Cu-Mn-Ce-O/TiO_2催化剂在700℃高温处理时,催化活性反而升高,这可能与TiO_2的相变过程有关。     

碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能

通过水热法在碳纤维表面负载TiO_2纳米棒,再对其进行碱处理得到TiO_2纳米管在碳纤维表面均匀分布。利用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和X射线衍射光谱对复合材料进行表征,并对其光催化性能进行测定。实验结果表明:制备得到的TiO_2纳米管为锐钛矿型,其外径、内径和管壁厚度分别约为8.6,5.1和1.8 nm,碳纤维表面负载的TiO_2纳米管层厚度为9.3μm。该复合材料对亚甲基蓝具有较好的光催化效果和稳定性。     

金红石颗粒尺寸对硅橡胶微波介电性能的影响

在107硅橡胶中分别添加纳米级和微米级金红石颗粒,通过室温固化制备金红石/硅橡胶复合材料。用X射线衍射仪、透射电镜和扫描电镜对陶瓷填料的相组成及微观形貌进行了表征,分析了金红石颗粒体积分数和尺寸对硅橡胶微波介电性能的影响。研究结果表明:在相同体积分数下,纳米级金红石/硅橡胶复合材料与微米级金红石/硅橡胶复合材料相比,介电常数ε_r较大,品质因数与谐振频率的乘积(Q×f)较低,两种复合材料的谐振频率温度系数τ_f相差不大。金红石颗粒体积分数为19%时,纳米级金红石/硅橡胶复合材料的ε_r为3.32,Q×f为2 604 GHz,τ_f为49×10~(-6)/℃。并且将介电常数εr试验值与3种理论模型的ε_r理论值进行对比,发现试验值比理论值偏低。     

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.     

WO_3/TiO_2-rGO复合材料的制备及其光催化性能

以自制三氧化钨(WO_3)、氧化石墨烯(GO)为原料,钛酸四丁酯(TBT)为钛源,柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂,采用溶胶-凝胶法制备WO_3/TiO_2-GO,再通过硼氢化钠(NaBH4)还原得到WO_3/TiO_2-还原氧化石墨烯(WO_3/TiO_2-rGO)三元复合材料.通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)对样品进行分析表征;研究GO质量分数、热处理温度对复合材料结构和甲基橙降解效率的影响.结果表明:纳米WO_3/TiO_2粒子均匀分散于rGO表面;rGO的引入能够有效抑制TiO_2晶粒的长大;400、450℃热处理样品中TiO_2为锐钛矿相,随着热处理温度的升高,晶体结构由锐钛矿晶相向金红石晶相转变,同时微晶的颗粒尺寸增加,晶型转变温度约为500℃;当GO质量分数为10%时,450℃热处理的WO_3/TiO_2-rGO样品光催化降解甲基橙效率最高,可达95%以上.     

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.     

纳米多晶TiO2光催化性能的优化

研究了不同晶相组成的纳米TiO2对光催化性能的影响,以过滤纸为基材,通过真空过滤器,制备不同晶相组成的纳米TiO2.然后以甲苯为检测气体,通过光催化性能检测系统,测试了样品的光催化活性,得出具有最佳光催化性能的晶相组成为锐钛型/金红石型（质量比）=83/17,对进一步研究具有高光催化性能的光催化纸具有重要意义.     

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%.     

纳米TiO2/SnO2涂层的制备与光阴极保护性能

采用溶胶-凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO2/SnO2叠层涂层.通过测量稳定电位研究了涂层的光电化学性能和光阴极保护特性,用扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱对涂层的表面形貌、晶体结构与组成进行了表征.结果表明:纳米TiO2表层与纳米SnO2内层分别浸渍提拉4次制得的叠层涂层具有最好的光电化学效应、储存电子性能与光阴极保护作用,紫外光照1h的延时阴极保护作用可达7h;纳米叠层涂层表面连续、均匀致密;TiO2为锐钛矿型,SnO2为金红石型;涂层表面与内层均由Ti、Sn、O和C元素组成.文中还探讨了纳米TiO2/SnO2叠层涂层的光阴极保护作用机理.     

氮修饰对TiO2能带结构及光催化性能的影响

采用无模板一步水热法合成氮修饰的TiO_2样品,以12 W蓝色LED灯作为光源,甲基橙作为模拟污染物,测试了N-TiO_2样品的光催化性能.实验结果表明,光照6 h甲基橙降解率达到91.9%,N-TiO_2样品具有微球结构,微球由直径10～20 nm、长度20～200 nm的纳米棒组成.N-TiO_2样品的光吸收峰红移至600 nm,带隙能已从纯金红石型TiO_2的3.00 eV降至N-TiO_2的2.02 eV.研究发现,氮元素占据了TiO_2表面,并且氮原子取代氧原子形成了O—Ti—N化学键.研究表明表面修饰可以缩小带隙,提高光催化性能.