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.     

Zr改性CeO_2/TiO_2催化剂选择性催化还原烟气脱硝性能

采用Zr对CeO_2/TiO_2催化剂进行改性,考察Zr掺杂对CeO_2/TiO_2催化剂NH_3选择性催化还原NO性能的影响,利用静态N_2物理吸附、X射线衍射(XRD)、NH_3程序升温脱附(NH_3-TPD)和X射线光电子能谱(XPS)对其脱硝机制进行分析。结果表明,Zr掺杂能够拓宽CeO_2/TiO_2催化剂的温度窗口,提高其脱硝活性和抗H_2O/SO_2性能。Zr掺杂能够增大CeO_2/TiO_2催化剂的比表面积和总孔容,抑制载体锐钛矿TiO_2发生晶相转变,显著提高催化剂的表面酸性,增加催化剂表面Ce~(3+)和化学吸附氧的原子浓度,使得催化剂表面NH_3吸附能力加强,氧化还原能力提高,有助于促进SCR反应的进行。     

改性二氧化钛对聚碳酸酯热降解行为的影响

利用二甲基硅氧烷对二氧化钛(TiO_2)进行表面改性,并且将改性TiO_2与聚碳酸酯(PC)熔融共混,研究改性二氧化钛对聚碳酸酯热降解行为的影响。通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、接触角对TiO_2的改性效果进行了分析;通过平衡扭矩(Tq)、熔融指数(MFR)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)、差示扫描量热法(DSC)分析了改性TiO_2对聚碳酸酯(PC)性能的影响。结果表明,二氧化钛表面成功包覆了一层二甲基硅氧烷,改性后TiO_2的接触角由20.7°上升至133.3°,表现出良好的疏水性。未改性的TiO_2会造成PC的严重降解,对TiO_2进行表面改性后,TiO_2/PC的热降解行为得到明显改善。最后,通过Tq,MFR分析二甲基硅氧烷的用量对TiO_2/PC熔体性质的影响,表明二甲基硅氧烷的最佳用量(质量分数)为TiO_2的10%。     

光催化反应中TiO_2负载改性的研究现状

TiO_2是光催化反应中最常用的催化剂,在实际应用中具有一系列优点同时也具有很多缺陷,这些缺陷限制了其应用,所以必须要对TiO_2进行改性﹒本文简述了目前光催化反应TiO_2催化剂存在的问题,同时综述在光催化反应中玻璃类、金属类、陶瓷类、吸附剂类、高分子聚合物等载体材料对TiO_2的负载改性及负载型TiO_2固定方法的研究现状,并对下一步的研究方向作了进一步的展望﹒     

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%.     

改性非晶态TiO2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备改性非晶态TiO_2,利用XRD、SEM、FT-IR、低温N_2吸附、能谱及紫外可见漫反射光谱等测试手段对催化剂进行表征.XRD分析表明,改性TiO_2的形态为非晶态.电镜及能谱分析表明,改性非晶态TiO_2颗粒大小均匀,分散性良好,Ag~+已成功进行掺杂.改性非晶态TiO_2属于中孔材料,比表面积达188 m~2·g~(-1),并且光谱响应范围扩大,对400~800 nm波长范围的光均具有良好的吸收.以甲醛的降解考察改性非晶态TiO_2的光催化活性,结果表明,在最佳改性条件下,所合成的改性非晶态TiO_2在日光灯照射5 h后对甲醛的降解率达到74.9%,优于P25型商品化TiO_2对甲醛的降解效果.     

Zn掺杂TiO2的制备与形貌研究

采用凝胶溶胶法制备了纯TiO_2和Zn掺杂TiO_2粉体,利用扫描电子显微镜对样品的形貌及元素成分进行了表征.结果表明:未经超声分散的TiO_2粉体团聚现象较为严重,超声分散后团聚减轻;纯TiO_2与Zn掺杂TiO_2颗粒均呈类球型,颗粒大小达到纳米级别,Zn掺杂TiO_2颗粒尺寸小于纯TiO_2.     

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%.     

Ag-GO-TiO_2复合薄膜光催化降解双酚A

为改进TiO_2薄膜的光催化能力,采用溶胶-凝胶法制备氧化石墨烯(GO)掺杂TiO_2薄膜,并利用光化学沉积方法在GO-TiO_2薄膜表面沉积Ag纳米颗粒制备出Ag-GO-TiO_2复合薄膜.通过XRD、Raman、SEM、EDS、TEM和UVVis漫反射光谱对复合薄膜的晶体结构、表面形貌和光吸收范围等进行表征,并在紫外光照射条件下,进行复合薄膜光催化降解双酚A研究,以表征其光催化能力.结果表明:450℃退火后,TiO_2薄膜中仍保留有氧化石墨烯,薄膜表面沉积有Ag单质纳米粒子,且复合薄膜对紫外光吸收有所加强.紫外光照射30 min后,TiO_2薄膜、石墨烯掺杂物质的量比为3.2的GO-TiO_2薄膜和Ag-GO-TiO_2复合薄膜对双酚A溶液(质量浓度为50 mg/mL)的降解率分别为4.9%、16.7%和26.5%.研究表明在GO掺杂以及Ag纳米粒子沉积的共同作用下,TiO_2薄膜的光催化活性得到了有效提高.     

纳米SiO2的改性及其分散性研究

未经改性的纳米SiO2,由于其表面强烈的亲水性,使其不能均匀地分散在有机介质中,限制了纳米SiO2的进一步应用,因此必须对其改性.为此,该文用甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和低级醇对其进行改性,用TG、IR、透水速度、活化指数等手段对其进行了表征,并考察了其在不同介质中的分散稳定性.结果表明:改性纳米SiO2的表面结构发生了有机化转变,表现为较强的疏水亲油性,其在有机介质中的分散稳定性得到显著改善.     

大豆秸杆改性TiO_2光催化降解盐酸四环素研究

以大豆秸杆和钛胶为原料,利用溶胶-凝胶法合成了大豆秸杆改性TiO_2晶体.以盐酸四环素为降解对象,研究了大豆秸杆改性TiO_2(TiO_2-Straw)复合材料的光催化性能,探讨了掺杂量和煅烧温度对光催化剂活性的影响.采用X射线衍射(XRD)、N_2等温吸附-脱附(BET)、紫外-可见漫反射(UV-VIS DRS)、X射线光电子能谱分析(XPS)、热重(TG)、红外光谱(FT-IR)及紫外可见吸收光谱等表征手段对催化剂进行表征.结果表明:采用溶胶-凝胶法制备的大豆秸杆改性TiO_2对盐酸四环素具有一定的光催化活性,能够将其降解;在200℃煅烧的条件下,100 m L钛胶掺杂0.5 g大豆秸杆所制得的催化剂对盐酸四环素的降解效果最佳;模拟太阳光光照120 min,其对盐酸四环素降解率达到95.04%.     

金属单掺杂纳米TiO_2光催化还原CO_2实验研究

为了探究最佳金属掺杂种类以及最佳金属掺杂TiO_2的比例,采用溶胶-凝胶法制备Ni-TiO_2、Co-TiO_2、La-TiO_2金属单掺杂纳米TiO_2粉体光催化剂。通过控制变量法分别制备掺杂量为0%、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%的单掺杂光催化剂。对光催化剂进行XRD、FT-IR、SEM、TG-DTA等表征。进行光催化还原CO_2实验,通过分析产物甲醇的产量来判断金属单掺杂TiO_2光催化剂的光催化活性。结合光催化还原CO_2的反应机理,分析光催化剂促进光催化还原CO_2的原因。实验结果可为日后探究金属掺杂TiO_2制备光催化剂的内部改性规律提供参考。     

微量PVA衍生物改性纳米二氧化钛的可见光催化性能

为研究纳米复合材料的可见光催化活性和催化稳定性,用简易方法制备了具有共轭结构的聚乙烯醇衍生物(DPVA)改性的TiO_2基可见光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等对DPVA/TiO_2纳米复合材料进行了系统的分析与表征。以罗丹明B为模型污染物,通过跟踪该类纳米复合材料存在条件下罗丹明B的可见光降解反应,考察可见光催化活性和稳定性。结果表明:微量的共轭聚合物DPVA附着在纳米TiO_2表面,没有影响其晶型和晶粒尺寸,但显著提高了纳米复合材料的可见光吸收能力和可见光催化活性;当PVA与TiO_2的质量比为1∶200时,复合微粒表现出最好的可见光催化活性;该类纳米复合材料具有较好的可见光催化稳定性;在该类可见光催化降解罗丹明B的反应体系中,催化活性中心主要为纳米复合材料内的光生空穴。     

TiO_2纳米管内限域纳米Ru及其光催化降解罗丹明B的性能研究

采用丙基三甲氧基硅烷(KH570)偶联剂对TiO_2纳米管外表面进行疏水改性,通过浸渍法再经氢气热还原法将Ru纳米颗粒原位选择性沉积在TiO_2纳米管内。采用TEM、HREM、EDS、HAADF-STEM和紫外可见吸收光谱仪分别对形貌和结构进行表征。结果表明,内嵌于TiO_2纳米管的Ru纳米颗粒粒径约为2~3 nm,TiO_2纳米管内负载w=2%Ru的光催化性能最好,其光降解罗丹明B的效率大约是单一TiO_2纳米管的1.8倍。     

纳米TiO2可见光响应研究进展

纳米TiO_2因具有良好的光催化性能而受到关注,针对TiO_2实际使用过程中存在的问题——可见光利用效率低下,研究者开展了深入而广泛的研究。着重综述了近年来发展起来的主要改性方法,包括金属离子掺杂、非金属原子置换、两种(或以上)半导体复配、有机染料敏化等,以及最新研究成果。同时对TiO_2可见光研究发展方向进行了分析。     

纳米二氧化钛的原位有机表面改性及性能

低温条件下通过控制TiCl4水解制备出金红石型的纳米TiO2,通过原位表面修饰的方法制备了十二烷基水杨酸(DASA)表面改性的纳米TiO2 (TiO2/DASA).分别采用傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)和热分析仪(TGA)对表面改性前后的纳米TiO2进行了表征.通过透射电子显微镜(TEM)和分散稳定性实验分析,DASA能有效改善纳米TiO2在有机介质中的分散性能.在丙烯酸树脂中加入DASA改性的纳米TiO2,并进行超声波分散和成膜,获得了含不同比例纳米TiO2的丙烯酸树脂复合薄膜.原子力显微镜(AFM)分析结果表明DASA表面改性的纳米TiO2在丙烯酸树脂中分散性好,且纳米微粒的引入显著改变了树脂薄膜的表面形貌.对制得的纳米复合涂膜进行紫外-可见吸收光谱分析,结果表明,随着纳米TiO2含量的增加,纳米复合涂膜对紫外光的吸收呈上升趋势,抗紫外线性能增强.     

纳米TiO2光催化剂在工业废水处理中的应用进展

综述了近年来纳米TiO2光催化剂在表面贵金属沉积、表面耦合、表面敏化、掺杂和催化剂固定化等方面的改性研究;介绍了纳米TiO2光催化剂在对含油废水、药物废水、印染废水、造纸废水、表面活性剂废水、重金属废水和无机物非金属废水等处理过程中的应用;最后展望了纳米TiO2光催化剂的发展和应用前景。     

氯化钠电解过程节能的电催化与反应工程基础2012年度报告

重点在xRuO_2@TiO_2表面上析氯反应的密度泛函(DFT)量化计算、TiO_2纳米管阵列负载含钌涂层阳极催化剂、镍基RuO_2/Ni复合镀层阴极催化剂和Ni-Mo-P纳米合金镀层阴极催化剂等方向开展了纳米结构催化材料设计、合成方法的研究;考察了上述催化剂在氯化钠电解过程中的电催化活性与稳定性;初步建立了RuO_2、TiO_2,以及其相互间不同掺杂比例的氧化物模型,并模拟计算其电子构型,了解掺杂前后各氧化物几何、电子构型演化关系,完善氯化钠电解过程析气电催化剂的几何形貌、表面状态、电子构型、吸/脱附行为以及电催化活性、催化机理等相关理论。     

纳米TiO_2改性硅藻土的制备及对甲醛去除性能

将纳米TiO_2通过采用物理研磨法、水分散混合法、溶剂凝胶法对硅藻土其进行改性,并研究了对甲醛的去除性能.结果表明,三种改性方法对硅藻土去除甲醛的能力均有明显提高,溶胶凝胶法改性后的硅藻土去除率最高,可达63.90%.XRD分析表明,改性后的硅藻土均含有TiO_2锐钛矿晶型,其中经溶胶凝胶法改性后硅藻土所含TiO_2锐钛矿晶型最好.红外光谱分析结果表明,三种改性硅藻土在吸附甲醛后均无醛基特征峰出现,可说明改性硅藻土可在可见光下有效催化降解甲醛,而非将其吸附.     

极性小分子助剂对六甲基二硅氮烷改性纳米SiO2的作用机理

选择水、乙醇作为助剂,利用六甲基二硅氮烷(HMDS)在气固流化床中对纳米SiO2进行表面改性处理,采用FT—IR、TEM等多种手段表征了HMDS对纳米SiO2的改性效果。水和乙醇的引入能有效提高HMDS对纳米SiO2的改性效果及纳米SiO2的疏水程度,改善其在有机相中的分散性。极性小分子助剂在HMDS改性纳米SiO2中的作用机理分析表明：水可以促进HMDS水解。又可以补充纳米SiO2的表面羟基;乙醇一方面与纳米SiO2发生酯化反应,另一部分作为分散HMDS的溶剂。