TiO2纳米颗粒薄膜光催化降解苯酚的研究

ＴｉＯ2是光催化降解苯酚及其衍生物的较为理想的催化剂.纳米颗粒薄膜与粉末相比具有可重复使用、易回收等优点,因而具有更广泛的应用前景.为此,我们制备了一系列ＴｉＯ2纳米颗粒膜,考查了其对苯酚的光催化降解活性,探讨了薄膜的表面性质与催化活性之间的关系.膜催化剂制备流程如下:采用溶胶凝胶法[1]在玻璃载片上拉制薄膜,室温干燥后,450℃烧结30ｍｉｎ,即得ＴｉＯ2纳米颗粒双面薄膜.改变所用水和盐酸的配比,制得1#～6#个样品.Ｘ射线衍射结果表明,ＴｉＯ2颗粒尺寸为50～60ｎｍ.苯酚降解反应在圆柱形Ｐｙｒｅｘ玻璃反应器(60ｍＬ)内进行.以4…     

天然含钒金红石: 一种用于降解卤代有机污染物的光催化剂

锐钛矿型TiO₂是目前世界上普遍使用的有机污染物降解剂之一, 而天然金红石对有机污染物降解能力和方法的研究在国内外一直处于空白状态. 天然金红石可含1%左右的V₂O₅, Ti被V以及Fe, Cu和Zn等杂质替代, 可引起其晶格畸变与缺陷而呈现出良好的环境属性. 经粉碎、加热和淬火处理的金红石样品在可见光范围的吸收作用有所增强, 尤其热处理温度为1000℃和1100℃的样品对可见光的吸收效率大幅度增加. 粉碎的天然含钒金红石对卤代烃三氯乙烯和四氯乙烯具有一定的降解效果. 加热1000℃改性金红石对卤代烃的降解效率明显提高. 进行1000℃和1100℃淬火改性后金红石对卤代烃的降解速度大大加快. 天然含钒金红石在光催化方面孕育有独特性能, 在降解卤代有机污染物领域具有潜在功能和巨大优势.     

分子印迹膜修饰TiO_2纳米管及其光催化降解盐酸四环素

以盐酸四环素为模板分子,采用液相沉积方法制备分子印迹膜修饰TiO2纳米管(MIP-TiO2),实现了高效光催化降解盐酸四环素的目的.利用扫描电子显微镜(ESEM)和X射线衍射(XRD)等测试技术对MIP-TiO2的结构与性能进行了表征.与TiO2纳米管相比,由于特异性结合位点的存在,印迹膜修饰的二氧化钛催化剂对盐酸四环素的吸附能力提高了1.6倍.在紫外光催化降解盐酸四环素的实验中,分子印迹膜修饰的TiO2纳米管表现出较高的光催化能力,一级动力学常数是TiO2纳米管的1.9倍.通过该方法可以提高对模板分子的吸附能力,增强TiO2纳米管的光催化能力,对光催化技术处理低浓度的废水提供了重要的指导意义.     

纳米TiO2膜对罗丹明B染料的光催化降解动力学

设计了固定床型光催化反应器，采用动态快速扫描UV－Vis吸收光谱考察了有代表性的难降解染料罗丹明B在纳米TiO2薄膜表面光催化降解反应动力学行为，发现罗丹明B的光催化降解过程并不完全遵从一级反应动力学过程，由此提出了其脱色降解过程为连续不可逆两步反应的动力学模型，并通过理论推导和实验验证了这一模型。     

TiO_2@SiO_2负载MnPcS光催化降解有毒有机污染物

以正辛胺(n-octylamine,OA)为模板通过溶胶-沉淀法制备了TiO2@SiO2.以TiO2@SiO2为载体负载磺基锰酞菁(manganese phthalocyanine tetrasulfonic acid,MnPcS),制备了MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂.通过X射线衍射(XRD)和紫外可见漫反射(UV-Vis DRS)对催化剂进行了表征.在可见光(λ420nm)照射下,以催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)的催化降解和对无色小分子邻苯二胺(o-phenylenediamine,OPDA)的催化氧化为探针反应,探讨了MnPcS-TiO2@SiO2的光催化降解特性.通过对RhB降解过程中总有机碳(CODCr)的跟踪测定,评价了光催化对有机污染物的深度氧化(矿化)效果;以顺磁共振(ESR)测定RhB降解过程中氧化物种的变化,研究了光催化反应机理.结果表明,在实验条件下,MnPcS-TiO2@SiO2复合体光催化剂对RhB具有较好的光催化降解效果,可见光照240min能使RhB完全褪色,光照24h后RhB的CODCr去除率达到64.02%.ESR结果表明,降解过程主要涉及羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2-·)的氧化机理.     

用于紫外光传感器的透明纳米TiO2薄膜的制备

采用溶胶．凝胶法于不同温度下制备出了不同厚度、均匀透明、机械性能和光电特性稳定的TiO2多孔纳米薄膜．光电测试结果表明，焙烧温度和膜厚能够显著影响薄膜电极的光电特性．450℃焙烧制得的电极由结晶度高、光电活性相对较强的锐钛矿相构成，其光电流最大．低于此温度，薄膜结晶度较差，膜内缺陷较多，不利于光生载流子的传输；而高于此温度，薄膜因发生由锐钛矿到金红石的相变，使得光电活性相对较弱的金红石含量不断增大，从而降低了光电流．膜厚的增加有利于提高紫外光的吸收强度从而提高电极的光电活性，但过厚的膜厚将加大光生电子．空穴对的复合几率，引起电极光电活性的降低．另外，薄膜电极的紫外光电流响应灵敏度和光生电流稳定性与电极电位有关．电位为0．4V时，光电流趋于饱和，其强度为30．8μA，光电响应时间约1s，基本具备了在紫外光传感器方面应用的性能．     

NiO/TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能

采用静电纺丝和程序升温焙烧的方法制备了NiO/TiO₂纳米复合光催化剂. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、紫外可见漫反射光谱(UV-vis DRS)等测试技术对样品的结构与性能进行了表征, 并研究了该催化剂在可见光下对有机染料罗丹明B催化降解反应的活性. 结果表明, 合成的NiO/TiO₂复合纳米材料尺寸均匀, 该催化剂相对于纯的TiO₂具有更强的紫外光吸收性能, 煅烧温度为600℃时, NiO/TiO₂的光催化活性最高. 而且, 该催化剂也可被循环使用, 这使得该复合光催化剂具有广阔的应用前景.     

纳米TiO2的制备与光催化反应研究进展

TiO2多相光催化能在温和条件下实现许多在通常条件下难以实现或根本不可能进行的反应。以气相法和液相法为代表介绍了多种制备纳米TiO2的方法,液相法中又重点介绍了水解沉淀法和溶胶凝胶法,并阐述了超临界流体干燥法及其优点;介绍了光催化反应的机理及催化活性的影响因素;对以TiO2作为光催化剂在光解水、环境保护方面的无机物和有机物的降解作用、卫生保健方面杀毒灭菌作用以及有机合成等方面的应用也作了扼要阐述;对今后的研究工作做了展望。     

TiO_2纳米管的阳极氧化法制备及对对氯苯酚的光电降解研究

在含有乙醇的氢氟酸溶液中,用阳极氧化法制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行表征,探讨了TiO2纳米管阵列的形成机理.结果表明,制备的TiO2纳米管阵列垂直生长于钛基底表面,分布均匀,管径约为90nm,管壁厚约20nm,管长约400～500nm,并且表现出更大的禁带宽度和良好的光致发光特性.此外,使用该纳米管对对氯苯酚的光电催化降解实验表明,光电催化效率明显高于光催化和电化学过程之和,表现出一定的光电协同作用;施加的阳极偏压也存在一个最佳值.     

1-壬烷基硫醇稳定的金纳米粒子的二维自组织

报道一种由硫醇稳定的小尺寸金纳米粒子形成的二维六方密堆积有序结构,这种结构是通过将含有金纳米粒子的甲苯溶胶滴在平整基底上而自发形成的。金纳米粒子主要是利用相转移试剂4－辛基溴化铵将金氯酸根离子从水相转移至甲苯有机相中,然后以硼氢化钠作为还原剂将其还原后得到的,在加入还原剂之前,先将一定量的1－壬烷基硫醇加入有机相中作为稳定剂,以此来调控金纳米粒子的成核和生长速度,从而达到制备目标尺寸金纳米粒子的目的。紫外－可见（UV）、红外光谱（IR）和X射线光电子能谱（XPS）表征结果表明了硫酸包裹的金纳米粒子的生成,透射电子显微镜（TEM）表征进一步证实了金纳米粒子的尺寸及由其构成的二维六方密堆积有序结构。     

纳米TiO2的溶剂热制备及光催化降解气相苯

以钛酸正丁酯为前驱体、乙醇和水为主要溶剂, 采用溶剂热法合成了纳米TiO₂, 并形成一种溶剂热负载工艺. 利用热重分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM和HRTEM)以及比表面积测定(BET)等手段表征了有/无溶剂热处理、有/无灼烧处理等4个纳米TiO₂样品. 结果表明, 经过溶剂热处理的TiO₂颗粒呈立方体状, 有良好的(101)晶面结晶度、较高的热稳定性和比表面积; SEM表征负载TiO₂薄膜结果显示, 溶剂热负载工艺制得的TiO₂薄膜具有均匀且牢固的特点. 以气相苯的光催化氧化为探针考察TiO₂薄膜的光催化活性发现，溶剂热后的灼烧处理会降低催化剂的比表面积, 进而导致催化剂活性的下降；溶剂热后未灼烧和灼烧的催化剂降解400 mg/m³苯的活性分别为未经溶剂热处理的4.1倍和3.7倍.     

氧空位TiO2高效光催化氧化甲醛及其反应路径

通过采用一步煅烧法制备得到含大量表面氧空位的二氧化钛(TiO_2),将其应用于典型空气污染物甲醛的治理.结果表明,在流动体系的测试环境中,甲醛的最大有效去除率可达95.05%,相比于本底样品(72.52%)提高了1.31倍.研究表明,含氧空位的TiO_2不仅可以增强光吸收范围,还可以利用氧空位捕获光生电子,有效地抑制光生电子和空穴的复合,进而提高光催化活性.通过原位红外光谱对催化剂降解甲醛的反应过程进行实时动态监测,结合密度泛函理论(DFT)计算,表明TiO_2表面的氧空位可以有效地增强甲醛分子的吸附活化,存在的大量离域电子可以注入到甲醛分子中的C=O键并使其活化断裂,从而有效地减少甲醛氧化过程中甲酸的积累,加快甲醛的高效氧化去除.本研究通过分析含氧空位TiO_2对光催化甲醛氧化反应过程的影响,为光催化材料表面缺陷设计和光催化治理气相污染物提供了新的思路.     

TiO2纳米晶可控合成研究取得新进展

由于本身特有的尺寸依赖性质和形状依赖性质,纳米晶(NCs)作为纳米科技的基本构筑单元之一引起了人们越来越大的研究兴趣.由于在光催化、太阳能电池、传感器和催化剂载体等很多领域的广阔应用,TiO2无疑是最受研究人员关注的纳米晶之一,其可控合成一直是一个具有挑战性的研究课题。     

原位生长法制备PET/TiO2纳米杂化纤维及其光催化活性研究

通过水热合成法与电纺丝技术结合制备聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)/二氧化钛(TiO₂)纳米杂化纤维, 经过温和条件下水热处理, 在纳米杂化纤维中原位生长纳米TiO₂粒子. TiO₂表面的羟基和PET分子链上的酯羰基通过氢键相互作用, 起到固定纳米TiO₂ 粒子的作用, 避免了光催化过程中TiO₂粒子的脱落, 纳米纤维的多孔结构和高的表面积能够有效吸附有机物质, 使得PET/TiO₂纳米杂化纤维具有良好的光催化活性. 同时, 在循环使用中保持很高的光催化活性, 对于实际应用具有重要的意义.     

环保型烯酰吗啉纳米农药的制备及其性能

用十二烷基磺酸钠对纳米TiO₂/Ag光催化剂表面进行了修饰, 研究了改性前后催化剂对烯酰吗啉的吸附行为. 以TiO₂/Ag, SDS改性TiO₂/Ag, TiO₂和空白为光催化载体, 农药烯酰吗啉为有效成分, 制备了4种模拟的水基性农药制剂, 将其直接涂膜于玻璃片上, 于太阳光下进行光降解实验. 当制剂中烯酰吗啉含量为1.2%, 太阳光降解5 d, 烯酰吗啉降解率分别为71.5%, 68.0%, 45.5%和28.3%. 用小白菜做作物残留毒性试验, 用烯酰吗啉含量为10%的纳米制剂稀释后喷洒于作物上, 在太阳光下降解8 d后, 其中农药分解率达97.3%, 半衰期为2.80 d. 纳米农药制剂具有较高的生物活性, 在相同条件下其毒力是原药毒力的1.235倍, 是乳油制剂毒力的1.245倍.     

Gr(a)tzel电池用TiO2致密膜的制备和表征

选择钛酸四丁酯-石油醚溶液体系,使用浸涂、烧结方法制备了致密TiO2薄膜.利用X射线光电子能谱(XPS)测试了薄膜的组成,并用原子力显微镜(AFM)研究了制备工艺对表面形貌的影响.TiO2致密膜的透射光谱表明,该薄膜在可见光区有很好的透过率.利用该种致密TiO2膜,制备了固态Gratzel电池,其光电特性表明,所制得的致密膜起到了很好的阻隔导电基底和空穴传输层的作用.     

单体插层原位共聚制备聚乙烯/蒙脱土纳米复合材料

将后过渡金属乙烯齐聚催化剂2－异丙基－双亚胺吡啶铁络合物[[2-ArN=C(Me))2C5H3N]FeCl2}(Ar=2-C6H4(i-Pr)负载于蒙脱土（MMT）层间，在以甲基铝氧烷（MAO）为惟一助催化剂的条件下，先将乙烯生成α－烯烃，然后通过茂金属催化剂Me2Si(Ind)2ZrCl2原位共聚制备型剥离型聚乙烯／蒙脱土（ME／MMT）纳米复合材料，该催化体系聚合活性高，复合材料稳定性好，其拉伸强度及热稳定性均有所提高。     

ZnO微米片修饰TiO_2纳米晶复合薄膜的染料敏化太阳电池

通过阴极电沉积工艺,成功地将随机辐射取向分布的ZnO微米片作为散射层自组装在TiO2纳米晶(TN)薄膜表面上.用分光光度计研究了400～800nm光谱范围内ZnO微米片的光散射性能.结果表明,在ZnO微米片-TiO2纳米晶(ZT)复合薄膜中,ZnO微米片层对入射光具有非常出色的光散射能力.同时用ZT复合薄膜制备的染料敏化电池相对于单独用TN薄膜制备的电池具有更高的短路电流密度和光电转换效率.     

纳米TiO2的应用

纳米TiO2因其具有更为独特的性能,例如优异的紫外屏蔽作用、透明无毒、奇特的颜色及光催化作用等,引起了人们的普遍关注,对它的制备、性能和应用展开了深入的研究.本文概述了纳米TiO2在有机和无机废水处理、杀菌、空气净化、紫外屏蔽、表面自清洁材料、高级涂料、静电屏蔽、红外吸收、红外反射、隐身材料及增强增韧材料等方面的应用和最新研究进展.     

掺硫多孔石墨烯对典型VOCs的光催化性能

燃料燃烧、交通运输、化工生产等过程产生的挥发性有机污染物（volatile organic compounds,VOCs）是导致城市灰霾和光化学烟雾的重要物质.多相光催化反应因条件温和、直接利用太阳光驱动等优点而成为一种理想的VOCs降解技术.本研究采用密度泛函理论,计算掺杂非金属硫原子的单层多孔石墨烯（porous graphene,PG）的光催化性能,包括能带结构、能带边缘位置、分波态密度和前线轨道（highest occupied molecular orbital-lowest unoccupied molecular orbital,HOMO-LUMO）以及它的光学吸收谱,对O₂、H₂O和VOCs分子的吸附性能等,以探讨光催化降解VOCs的可能性.掺杂硫原子后,PG材料能带的带隙大幅降低,对O₂分子的吸附能显著提高,结合能带边缘位置的结果,表明PG材料能产生更多的光生电子,并且提高了产生超氧自由基的能力.对比原始PG材料,硫掺杂PG（S-doped PG）材料的光学响应向红外区偏移,光吸收波长阈值增大,表明硫原...