纳米结构TiO2/PS及TiO2空心球的自组装与表征

以TiCl₄的盐酸溶液配制的TiO₂溶胶为前驱体, 以聚苯乙烯微球为载体, 在表面活性剂存在下, 通过逐层自组装技术制备了纳米结构TiO₂/PS及TiO₂空心球. 利用XRD, SEM, TG-DTA等对复合颗粒进行了表征. 研究表明: 纳米结构TiO₂/PS的组成、结构、形貌和粒度可通过溶胶酸度、组装时水解反应温度、煅烧温度、硫酸根的加入量来控制.     

低温下溶胶凝胶法制备TiO2纳米晶

从含过量水的溶胶出发,在室温下得到了TiO₂纳米晶。通过红外光谱,透射电子显微镜法和X射线粉末衍射法对含有过量水的溶胶体系中TiO₂纳米晶的室温形成机理进行了研究。与传统的溶胶凝胶法相比,在改良的溶胶凝胶体系中,在缩聚反应之前由于水过量使得钛的先驱体快速且充分的水解,从而生成[TiO₆]基团,随之形成TiO₂纳米晶。晶粒的尺寸为约3.5 nm,该法得到的TiO₂纳米晶比传统溶胶凝胶法得到的TiO₂纳米晶和商用光催化剂德固赛P25具有更好的光催化活性。     

TiO2纳米线的制备及其光电性能研究

利用在钛箔表面沉积一层TiO₂纳米粒子作为晶种，与NaOH反应，制备了一维物质TiO₂纳米线。并用XRD、SEM、TEM、HRTEM及EDS等分析手段对TiO₂纳米线的成分、形貌、结构进行表征。结果表明，采用该方法制得的TiO₂纳米线直径在20～50 nm左右、长度可达几微米。反应温度能显著影响所得纳米线的形貌。研究了TiO₂纳米线的光电化学性能。随反应温度的升高TiO₂纳米线光电转换效率增大。     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体, 碘溶胶为碘源, 在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO₂复合的双介孔结构光催化剂(M-I₂-TiO₂). 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I₂-TiO₂进行了表征. 以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水, 对M-I₂-TiO₂的光催化性能进行了评价, 研究了不同热处理温度对光催化活性的影响. 结果表明, M-I₂-TiO₂在可见光区有显著的吸收, 300 ℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m²/g, 600 ℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m²/g, 而400 ℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能. 双介孔结构纳米TiO₂/I₂复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO₂和Degussa P-25商业产品. 催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.     

水热法合成由纳米棒自组装而成的TiO2微米球

一定条件下, 用水热法以0.15 mol/L的TiCl₃饱和NaCl水溶液在玻璃基板上制备了TiO₂微米球, SEM, TEM和XRD表征结果说明, 生成的TiO₂晶体为金红石型, TiO₂微米球由TiO₂纳米棒大规模自组装而成. 研究了添加剂尿素的含量、反应温度、反应时间和TiCl₃起始浓度对产物的影响, 探索出了制备TiO₂微米球的最优条件, 并讨论了反应机理.     

Bi2S3量子点敏化TiO2纳米阵列结构的制备及光电性能研究

利用水热法制备一维TiO₂纳米棒阵列,并采用化学浴沉积法(CBD)结合自组装技术在TiO₂纳米棒上敏化Bi₂S₃量子点,形成TiO₂/Bi₂S₃复合纳米棒阵列.系统研究了复合结构的表面形貌、晶体结构、光学及光电性能.结果表明:在修饰有三氨丙基三乙氧基硅烷自组装单分子膜(APTS-SAMs)的TiO₂纳米棒表面形成一层致密的Bi₂S₃量子点敏化层,这一技术的关键是含-NH₂末端的APTS-SAMs可有效促进Bi₂S₃的异相成核作用;Bi₂S₃的沉积时间对复合结构的光吸收及光电响应性能有决定性的影响,薄膜的光电流随着沉积时间呈先增加后减小的趋势,在沉积时间为20 min时,光电流密度最大.这是因为随着沉积时间的增加,TiO₂纳米棒表面Bi₂S₃量子点密度增大,光吸收增加;而当沉积时间进一步延长时,Bi₂S₃在TiO₂纳米棒表面的大量负载而形成堆积和团聚,导致表面缺陷增多,光生电子复合几率增大,从而使光电流密度减小.     

载有C60的TiO2纳米粒子光催化活性

以水溶性C₆₀和TiO₂粒子为前驱体,采用水热法制备了载有C₆₀的锐钛矿型TiO₂纳米粒子。应用X射线衍射、透射电子显微镜、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱对产物进行了表征。以对-硝基苯酚为模型污染物研究了产物的光催化活性,结果表明适量负载C₆₀可以提高TiO₂纳米粒子的光催化活性,C₆₀起着传输电子、促进TiO₂光生载流子分离的作用,且经7次循环使用后对-硝基苯酚的降解效率仍能达到74%。讨论了载有C₆₀的TiO₂纳米粒子光催化降解对-硝基苯酚的机理。     

球形TiO2-Al2O3的制备、结构和理化性能研究

将Ti(SO₄)₂溶于稀盐酸合成酸性钛溶胶，再将其与铝溶胶和六次甲基四胺溶液混合后采用油柱成型法制备了球形TiO₂-Al₂O₃复合氧化物。通过XRD、低温氮吸附-脱附与NH₃-TPD等手段对样品进行表征，结果表明600 ℃焙烧得到的球形TiO₂-Al₂O₃中TiO₂以无定型形式存在;随TiO₂含量的增加，球形TiO₂-Al₂O₃的比表面积、孔容和平均孔径呈增加趋势;TiO₂的引入没有对球形TiO₂-Al₂O₃的强酸和弱酸中心的强度产生影响，弱酸中心数量显著增加，强酸中心数量稍有增加;球形TiO₂-Al₂O₃的堆密度和压碎强度随TiO₂含量的增加而减小，颗粒直径基本保持不变。     

Bi2S3量子点敏化TiO2纳米阵列结构的制备及光电性能

利用水热法制备一维TiO₂纳米棒阵列,并采用化学浴沉积法(CBD)结合自组装技术在TiO₂纳米棒上敏化Bi₂S₃量子点,形成TiO₂/Bi₂S₃复合纳米棒阵列。系统研究了复合结构的表面形貌、晶体结构、光学及光电性能。结果表明:在修饰有三氨丙基三乙氧基硅烷自组装单分子膜(APTS-SAMs)的TiO₂纳米棒表面形成一层致密的Bi₂S₃量子点敏化层,这一技术的关键是含-NH₂末端的APTS-SAMs可有效促进Bi₂S₃的异相成核作用;Bi₂S₃的沉积时间对复合结构的光吸收及光电响应性能有决定性的影响,薄膜的光电流随着沉积时间呈先增加后减小的趋势,在沉积时间为20min时,光电流密度最大。这是因为随着沉积时间的增加,TiO₂纳米棒表面Bi₂S₃量子点密度增大,光吸收增加;而当沉积时间进一步延长时,Bi₂S₃在TiO₂纳米棒表面的大量负载而形成堆积和团聚,导致表面缺陷增多,光生电子复合几率增大,从而使光电流密度减小。     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P₂₅制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P25制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33 μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2/丝素复合膜及结构性能研究

用溶胶凝胶法制备不同比例纳米TiO₂改性再生蚕丝丝素蛋白复合膜. UV和AFM测试结果表明, 该丝素膜中纳米TiO₂均匀分散在丝素中, TiO₂粒径约为80 nm; 同时该丝素膜的结构和热性能用FTIR, XRD, EDS, TGA和DTG进行表征. XRD测试结果表明, 随着纳米TiO₂的加入, 复合丝素膜的结晶结构从Silk I向Silk II转化, 但当纳米TiO₂的加入超过一定量时, 又破坏复合丝素膜的结晶结构; FTIR和EDS测试结果表明, TiO₂与丝素形成较好的键合; TGA和DTG测试表明复合丝素膜的热转变温度相比于纯丝素膜有所提高.     

Au改性TiO2纳米复合物对人结肠癌细胞的光催化杀伤作用

提出了通过TiO₂表面修饰纳米Au的方法来提高纳米TiO₂光催化杀伤癌细胞的效率. 采用化学还原法合成了Au改性的TiO₂ (Au/TiO₂)纳米复合物, 并研究了不同掺杂量(1 wt%, 2 wt%, 4 wt%)的Au/TiO₂对人结肠癌LoVo细胞的光催化杀伤效应. 结果显示, Au的掺杂大大地提高了TiO₂纳米粒子光催化杀伤结肠癌LoVo细胞的效率, 而且Au掺杂量的高低影响Au/TiO₂光催化杀伤癌细胞的效率, 掺金量为2%的Au/TiO₂对结肠癌LoVo细胞具有最高的光催化杀伤效率. 在光强为1.8 mW/cm²的紫外灯(λ_max＝365 nm)下光照110 min, 50 μg/mL掺金量为2%的Au/TiO₂能够杀死所有的癌细胞, 而同样浓度的TiO₂只能杀死70%的癌细胞.     

溶胶-凝胶法制备纳米TiO2/丝素复合膜及结构性能研究

用溶胶凝胶法制备不同比例纳米TiO₂改性再生蚕丝丝素蛋白复合膜. UV和AFM测试结果表明, 该丝素膜中纳米TiO₂均匀分散在丝素中, TiO₂粒径约为80 nm; 同时该丝素膜的结构和热性能用FTIR, XRD, EDS, TGA和DTG进行表征. XRD测试结果表明, 随着纳米TiO₂的加入, 复合丝素膜的结晶结构从Silk I向Silk II转化, 但当纳米TiO₂的加入超过一定量时, 又破坏复合丝素膜的结晶结构; FTIR和EDS测试结果表明, TiO₂与丝素形成较好的键合; TGA和DTG测试表明复合丝素膜的热转变温度相比于纯丝素膜有所提高.     

中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

掺杂纳米TiO2：乙醇溶胶脉冲激光法连续制备及荧光特性

采用聚焦脉冲激光轰击(PLA)浸于流动乙醇中不同金属氧化物掺杂的二氧化钛固体靶，连续制备得到一系列经MoO₃、Eu₂O₃、Fe₂O₃、WO₃等掺杂的新型纳米TiO₂乙醇溶胶。UV-Vis、荧光光谱和XRD结果表明：在所研究的掺杂纳米TiO₂乙醇溶胶中，MoO₃掺杂使纳米TiO₂乙醇溶胶荧光增强最大，当MoO₃掺杂量(ψ)在0.02%～0.50%时，其掺杂的纳米TiO₂乙醇溶胶荧光强度增强，掺杂量为0.05%时荧光强度高达1.3×10⁴(a.u.)；此外发现与sol-gel掺杂法相比，预研磨混合掺杂能更明显增强纳米TiO₂乙醇溶胶荧光。     

Bi2WO6/TiO2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较

以TiO₂纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi₂WO₆/TiO₂纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）,N₂吸附-脱附,扫描电镜（SEM）,高分辨透射电镜（HRTEM）和紫外可见漫反射吸收光谱（UV-Vis DRS）考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi₂WO₆纳米片或纳米粒子分布在TiO₂纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B（RhB）来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO₂纳米管和Bi₂WO₆相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi₂WO₆/TiO₂-35纳米管在微波辅助光催化模式下对RhB的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi₂WO₆的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h⁺,·OH和·O₂^-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O₂^-自由基。     

B离子掺杂TiO2催化剂(TiO2－xBx)光催化活性的研究

采用溶胶-凝胶法制备出纳米TiO₂和TiO_2－xB_x催化剂. 光催化实验证明, TiO_2－xB_x催化剂的紫外、可见光催化活性均高于TiO₂. XRD, XPS和Raman结果表明, B离子是以取代式掺杂占据了TiO₂的O^2－的晶格位置. UV-Vis和PL谱的结果表明, B离子的2p轨道与O的2p轨道形成混合价带, 产生可见光响应, B离子的掺入有效地阻止了光生载流子的复合, 促进了其分离, 是TiO_2－xB_x催化剂紫外、可见光催化活性提高的主要原因.