高热稳定性多孔二氧化钛/石墨烯复合体的制备与光催化性能研究

以硫酸氧钛为钛源,氧化石墨为碳源,采用水热方法制备了高热稳定性多孔二氧化钛/石墨烯复合体材料.利用XRD、Raman、N2 吸附、SEM 和TEM 对复合体材料的结构进行了表征.研究表明高热稳定性多孔二氧化钛均匀复合在石墨烯表面,两者形成了有效的界面耦合.光催化降解高毒性有机污染物2,4-二氯苯酚,经700 ℃高温焙烧后的样品具有最高的光催化降解效率,2h即可将有机物完全降解,这得益于多孔二氧化钛发达的孔道结构利于反应物和产物的扩散,较高的结晶度以及与石墨烯之间形成的紧密界面耦合有利于光生电荷的分离.这种新颖的具有优异光催化性能的高热稳定性多孔二氧化钛/石墨烯复合体在光催化领域具有较高的应用价值,这种一步水热法合成策略也为构筑其他石墨烯基多孔复合材料提供了新的思路.     

多孔二氧化钛光催化降解亚甲基蓝的实验研究

二氧化钛由于其特殊的结构和性质而具有良好的光催化性能.以亚甲基蓝光催化氧化反应为评价体系,通过自制的多孔二氧化钛研究了吸收波长、亚甲基蓝浓度、pH、催化剂用量对光催化降解率的影响,并初步评价了不同煅烧温度下多孔二氧化钛的光催化活性.结果表明:吸收波长在666nm,亚甲基蓝溶液pH=5.0,催化剂浓度为1.0g/L时为最佳的光催化剂价条件.400℃煅烧2h所得的多孔二氧化钛表现出最高的光催化活性.     

纤维素/二氧化钛复合材料的光催化性研究

通过控制尿素分解速率来改变体系pH的方法,将钛酸丁酯水解的胶体二氧化钛吸附到天然高分子纤维素上,得到纤维素/二氧化钛复合材料.分别以紫外光或太阳光为光源,研究纤维素/二氧化钛复合材料对甲基橙水溶液的催化降解性能.用傅里叶红外光谱仪表征了复合材料的结构.结果表明:二氧化钛与纤维素形成的氢键等分子间作用力使二氧化钛被吸附到纤维素上,复合材料出现787cm 1的O Ti O键的吸收峰.纤维素与钛酸丁酯的较佳比例为20g与4.3mL.在紫外光照射100min下,复合材料对甲基橙水溶液的光催化降解率为100%;在太阳光照射150 min,复合材料对甲基橙水溶液的光催化降解率为81%;复合材料可反复降解甲基橙水溶液5次.本实验合成的纤维素/二氧化钛复合材料具有可完全生物降解、能利用太阳光、反复催化降解甲基橙水溶液的特性,可应用于处理甲基橙等染料废水.     

不同晶型的纳米二氧化钛的合成

对不同晶型纳米二氧化钛的合成方法和及其形貌控制作了简要综述．前驱体的种类和浓度，溶剂的极性，pH值，反应温度，添加剂等反应条件对所得纳米二氧化钛的晶型，颗粒大小及形貌有很大影响．通过选择不同种类的模板剂和控制反应条件可以制得具有不同晶型的介孔二氧化钛．     

二维有序大孔纳米二氧化钛光电子特性研究

本文采用反蛋白石制备技术,分别用PS、PMMA、SiO2为模板剂制备二维有序大孔纳米二氧化钛。利用X射线衍射谱、扫描电子显微镜、表面光电压谱,以及电场诱导表面光电压谱讨论样品的微结构和光电子特性。结果发现,选择不同的模板剂可以改变上述二氧化钛薄膜材料的光电阈值,并且可以导致与样品主带隙电荷转移跃迁有关的表面光伏响应发生蓝移。研究结果表明,镧掺杂有利于提高有序大孔纳米二氧化钛骨架的稳定性。     

SiW11/介孔TiO2杂化材料的制备与表征

将缺位Keggin结构多金属氧酸盐SiW11共价键联于介孔二氧化钛分子筛表面上,制备了SiW11/介孔TiO2杂化材料。用红外、低温N2吸附、TEM等对样品进行了表征。结果表明,键联于介孔TiO2表面的多金属氧酸盐SiW11保留完整的Keggin结构。较介孔二氧化钛相比,杂化样品的比表面积和孔容均有所减少。     

固态染料敏化二氧化钛纳晶薄膜太阳能电池的研究进展

固态染料敏化太阳能电池是目前能源研究的热点领域之一。我们设计并合成了一系列含有不同特性基团(如柔软的高分子链、可现场固化基团和高电导的离子液体基团)的高分子固态电解液应用于染料敏化太阳能电池;同时,结合理论模拟计算得出的二氧化钛纳晶薄膜工作电极和对电极的光散射效应与光限域效应能提高电池的光吸收效率,二氧化钛纳晶薄膜孔隙率的增大能增加固态电解液在膜内的渗透和扩散,对工作电极和对电极进行结构优化可得到高光电转换效率的固态染料敏化太阳能电池。     

Sol-Gel法制备活性炭载TiO_2复合光催化剂及其光催化降解亚甲基蓝

以椰壳活性炭和煤质活性炭颗粒为载体,通过溶胶-凝胶法制备了活性炭负载二氧化钛的复合光催化剂,并对其光催化降解亚甲基蓝的活性进行评价.结果表明:复合光催化剂的光催化降解效果比纯二氧化钛好.载体的结构显著影响着复合光催化剂的活性.椰壳活性炭因其具有更丰富的孔体积和更大的比表面积,对亚甲基蓝溶液的光催化降解率明显要高于煤质活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂.随着煅烧温度的升高,复合光催化剂的效果越来越好.     

Sol-Gel法制备活性炭载TiO_2复合光催化剂及其光催化降解亚甲基蓝

以椰壳活性炭和煤质活性炭颗粒为载体,通过溶胶-凝胶法制备了活性炭负载二氧化钛的复合光催化剂,并对其光催化降解亚甲基蓝的活性进行评价.结果表明:复合光催化剂的光催化降解效果比纯二氧化钛好.载体的结构显著影响着复合光催化剂的活性.椰壳活性炭因其具有更丰富的孔体积和更大的比表面积,对亚甲基蓝溶液的光催化降解率明显要高于煤质活性炭负载二氧化钛复合型光催化剂.随着煅烧温度的升高,复合光催化剂的效果越来越好.     

染料敏化太阳能电池中多孔电极制备及性能

将喷涂法应用于制备染料敏化太阳能电池光阳极,具有浆料制备简单、易操作、成本低廉等优势.本文以钛酸丁酯和P25为原料配制浆料,采用喷涂法制备二氧化钛薄膜,选择乙二醇作为造孔剂,探索了乙二醇的最佳加入量.通过对电池I-V曲线,二氧化钛薄膜表面粗糙度、染料吸附量和漫反射谱,以及光阳极的扫描电镜照片和交流阻抗图谱的分析,得到如下结果:当乙二醇与钛酸丁酯的体积比为1∶1时,二氧化钛薄膜的粗糙度最大,即孔隙率和比表面积最大,因此染料吸附量达到1.47×10-7mol·cm-2,电池性能最好,其中开路电压为0.69 V,短路电流为13.0 m A·cm-2,光电转化效率达到5.38%,比不加造孔剂时增加了将近1倍,此时电子的扩散转移电阻也最小.     

利用钛铁矿制备纳米钛基功能材料

为了有效控制纳米钛基材料的晶型、结构和生产成本,提出一种可直接制备高质量的纳米钛基产品的新方法。将球磨后的钛铁矿粉末经稀盐酸工艺处理后可全部转换为二氧化钛纳米棒,其长度、宽度和厚度分别为50~100,5~20和2~5 nm。研究结果表明:二氧化钛纳米棒负极材料具有较好的锂离子存储性能。通过球磨、焙烧结合酸浸工艺处理钛铁矿,可获得具有双孔特征的二氧化钛纳米颗粒,其中大孔(50~80 nm)对应于团聚在一起的纳米颗粒之间的间隙,小孔(3~20 nm)则对应纳米粒子表面上的洞,此外,所获得的多孔结构的二氧化钛纳米产品显示出较高的光催化活性。     

聚苯胺/纳米TiO_2复合粒子的制备

在化学氧化聚合的的反应介质中分散预先经过表面处理的纳米二氧化钛粒子,苯胺优先在二氧化钛粒子表面聚合,形成具有核壳结构的聚苯胺包覆的二氧化钛复合粒子.X射线衍射分析(XRD)表明聚苯胺包覆在二氧化钛纳米粒子表面对二氧化钛纳米粒子的结晶性能没有影响,红外光谱表明在二氧化钛粒子表面吸附并且包覆了聚苯胺,并且二氧化钛纳米粒子与聚苯胺大分子之间存在强烈的相互作用.制得的复合粒子的表面性质得到了改善,可以添加到树脂基体中,提高树脂基体的电磁等性能.     

TLM钛合金表面二氧化钛三维结构纳米薄膜的可控制备及表征

为了提高血管支架医用钛合金表面的亲水性和抗溶血作用,采用阳极氧化工艺在近β型TLM(Ti-25Nb-3Mo-2Sn-3Zr)医用钛合金表面构建了具有纳米孔/纳米管三维结构二氧化钛(TiO2)纳米薄膜,并对其结构和性能进行表征.研究结果表明:通过控制一次阳极氧化电压和时间可获得具有上层为无序纳米孔、中层为有序纳米管、底层为有序纳米孔的三维结构TiO2纳米薄膜,该薄膜为无定形态;而采用二次阳极氧化工艺获得了纳米孔互贯网络的TiO2纳米薄膜,该薄膜表面更加平整,且表面孔隙率大、亲水性好,同时具有比一次阳极氧化薄膜更好的抗溶血作用,这为其应用于血管支架方面打下基础.     

用科学思维在微观世界 "异想天开"

2021年11月3日,国家科学技术奖公布.中国科学院院士、复旦大学化学系教授赵东元、教授李伟等完成的"有序介孔高分子和碳材料的创制和应用"项目,原创性提出了有机-有机自组装思想,创制了有序功能介孔高分子和碳材料,揭示了介孔独特的物质输运和界面反应规律,获得国家自然科学奖一等奖.这也是18年来上海再次获得国家自然科学奖一...     

二氧化钛光催化活性影响及其改性研究进展

本文从影响二氧化钛的光催化活性和二氧化钛的改性技术两个方面介绍了二氧化钛光催化性的热力学、动力学因素以及实现可见光响应的改性技术。研究二氧化钛周围介质条件和表面敏化对提高二氧化钛光催化性具有重要研究意义。     

活性炭-纳米二氧化钛复合光催化空气净化网的研制

以具有直通孔的成型支承体胶粘活性炭）ＡＣ）为复合载体,采用浸涂法在复合载体上形成纳米二氧化钛光催化剂薄壳层,制备出可用于室内空气净化的的活性炭－纳米二氧化钛光催化净化网。对净化性能考察结果表明,以功率为６Ｗ、波长２５４ｎｍ的紫外杀菌灯照射３ｈ,其甲本净化率为９８．８％,三氯乙烯（ＴＣＥ）净化率为９９．５％,硫化氢净化率为９９．６％,氨气净化率为９６．５％,甲醛净化率为９８．５％,一氧化碳净化率为６     

膨胀石墨负载二氧化钛改善亲水性的研究

以可膨胀石墨为原材料制备了表面负载有纳米级二氧化钛颗粒的载钛膨胀石墨,并对其微观形貌、接触角、孔径分布、孔容积、吸附能力进行了分析和表征。优化了膨胀石墨负载二氧化钛工艺,在负载温度50 ℃、钛柱撑液体积分数10%、反应时间6 h时,制备的载钛膨胀石墨亲水性最优。二氧化钛的引入使膨胀石墨接触角由93.0°降低至69.6°左右,亲水性能提高,增强了对水体中溶解或悬浮的微量苯系物的吸附能力。     

纳米氧化钛颗粒表面处理及表征

利用偶联剂钛酸丁酯对纳米二氧化钛颗粒预处理后,进行甲基丙烯酸甲酯（ＭＭＡ）的聚合改性,研究了聚合改性物质的结构和改性后纳米二氧化钛的分散性能。钛酸丁酯与氧化钛表面羟基反应,使氧化钛粒子表面生成交联反应物,甲基丙烯酸甲酸与其反应生成ＰＭＭＡ并均匀包敷于纳米二氧化钛颗粒的表面。通过聚合改性后的纳米二氧化钛颗粒在甲苯中具有良好的分散性能。     

二氧化钛纳米管复合薄膜电极制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用强碱水热法合成二氧化钛纳米管,并与二氧化钛纳米颗粒混合作为染料敏化太阳能电池电极材料.当纳米管与纳米颗粒按照1:1摩尔比混合时,经过500℃烧结1h后,转化成锐钛矿晶型;平均孔体积0.30 cm3/g,平均孔径11.42 nm,比表面积为105.58 m2/g;电极对染料的吸附量达到4.85×10-8mol/cm2;电池的短路光电流密度8.70 mA/cm2,开路光电压0.76 V,填充因子0.60,光电转化效率3.96%.     

光激发纳米材料制备聚苯胺及其电化学性质研究

聚苯胺因其具有良好的导电性和环境稳定性,使其成为导电高分子聚合物研究的热点之一。本文首次以半导体纳米二氧化钛光激发制备了纳米聚苯胺复合材料。合成实验依托自主设计的循环式环隙气液固三相流化床反应器,在紫外光灯照射下,苯胺初始浓度范围为2~24gL-1,引发聚合反应,通过在线控制溶液pH值、电导率、吸光度研究了聚合反应的动力学过程。结果表明,优化的实验条件为:TiO2添加浓度为0.125gL-1,pH值为6,且聚苯胺具有较好的氧化还原性。