Yb_2O_3对TiO_2/(O′+β′)-Sialon复相陶瓷中TiO_2相变的影响

以纳米锐钛矿型TiO2粉和(O′+β′)-Sialon粉为原料制备出了TiO2/(O′+β′)-Sialon复相陶瓷,研究了Yb2O3添加剂对材料中锐钛矿型TiO2相变的影响,对其影响机制进行了探讨。采用XRD对材料进行物相组成和晶格参数表征。结果表明,Yb2O3对锐钛矿相变开始温度无明显影响,但对相变有显著的促进作用,随添加量的增加,其作用逐渐减弱。添加的Yb2O3同时以两种形式存在:一部分进入TiO2晶格,一部分堆积在TiO2晶粒表面。Ybn+进入TiO2晶格置换Ti4+和Yb3+与TiO2发生氧化还原反应促进相变,而存在于TiO2表面的Yb3+与TiO2相互作用形成Ti-O-Yb键而抑制相变。Yb2O3对锐钛矿相变的影响是这两方面机制共同作用的结果。     

Eu2O3修饰对纳米TiO2热稳定性及光催化活性的影响

通过浸渍过程实现了Eu2O3对溶胶水热法合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子的表面修饰改性.重点研究了表面修饰对纳米锐钛矿相热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,Eu2O3表面修饰抑制了锐钛矿相向金红石相的转变,相变温度由550℃左右升高到700℃左右,提高了纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性,这与Eu2O3修饰在表面而阻碍了锐钛矿纳米粒子的直接接触有关.与未修饰的TiO2相比,经过700℃高温热处理的Eu2O3修饰的TiO2样品表现出了较高的光催化活性,这与其结晶度提高而有利于光生电荷分离有关.     

Eu3＋、Si4＋共掺杂TiO2光催化剂的协同效应

采用溶胶-凝胶-浸渍法制备了Eu/Ti/Si纳米光催化剂, 并通过XRD、FT-IR、EPR等进行了表征.结果表明,掺入Eu3＋和Si4＋, 阻止了TiO2从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变, 使TiO2的粒径减小, 且Eu3＋能够促进Si4＋进入TiO2的晶格中.以甲基橙为光催化反应模型化合物, 考察了光催化剂的活性.测定了甲基橙在不同光催化剂上的吸附常数,探讨了催化剂对甲基橙的吸附机理. Eu3＋和Si4＋的最佳掺入量分别为wEu=0.03％、wSiO2=39.06％,且Eu3＋和Si4＋同时掺入TiO2光催化剂产生协同效应.讨论了光催化活性与催化剂性质的关系.     

具有高光催化活性的黑色TiO2（B）/锐钛矿双晶TiO2-x纳米纤维

高效TiO2基光催化材料的开发一直是催化领域的研究热点,主要的策略是如何有效地分离光生载流子.制备多晶相的TiO2材料可引入异质/相结结构使电子与空穴朝不同方向移动,从而避免电子与空穴复合;另外,在TiO2中掺杂其他金属或非金属也可以有效地降低电子与空穴的复合率,掺杂的元素作为电子捕获阱俘获光生电子,以实现电子空穴的有效分离.近些年,作为一种全新的掺杂剂,氧空穴可以有效改善TiO2的光催化活性,所制TiO2具有可见光的全光谱吸收能力,因此该类TiO2呈现出黑色.通过上述方法均可以制备出高活性TiO2基光催化材料,如果能够将这些方法耦合一起,则可能制备出活性更高的光催化剂.因此,本文将异相结结构和空穴掺杂耦合起来,用多孔钛酸盐衍生物在H2中高温焙烧制得一种全新的黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维.不同于其他TiO2基光催化材料,该样品仅由Ti和O元素组成,通过Ti和O元素的组合,形成了双晶结构和空穴掺杂两种特殊的结构,借助场发射(FESEM)、拉曼光谱(Raman)、氮气物理吸脱附、X射线光电子能谱(XPS)、热重(TG)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis)和荧光光谱(PL)等表征分析了样品的结构及其光催化性能间构效关系. FESEM结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x为长1–5mm、宽0.2mm的纤维结构, Raman结果表明,锐钛矿相在特征波段(140 cm–1左右)和TiO2(B)的特征波段(220–260 cm–1)均发生蓝移,说明该两相中均存在氧空穴;该样表面未检测到Ti3+,因此氧空穴可能分散在TiO2(B)和锐钛矿相的体相中.根据黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x和白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2的失重差,估算出前者的O/Ti原子比为1.97.光催化降解甲基橙实验结果显示,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x的光催化活性是白色双晶TiO2的4.2倍,锐钛矿TiO2的10.5倍,且连续反应10次后未出现失活现象,显示出了良好的光催化稳定性.前期,我们已经证明了白色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2由于具有TiO2(B)和锐钛矿的异相结结构,致使其电子空穴有效地分离,从而表现出优异的光催化活性;本文的PL结果显示,由于氧空穴的引入,异相结与氧空穴两者共同作用,进一步促进了黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x电子与空穴的有效分离,因此黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x表现出高的光催化活性.由于其特殊的结构,黑色TiO2(B)/锐钛矿双晶TiO2–x纳米纤维将在环境与能源领域表现出良好的应用前景.     

纳米粒子TiO2/Ti膜的表征及其光催化活性

以钛酸四丁酯为原料，采用溶胶－凝胶法，在600℃焙烧制备了纳米粒子TiO2/Ti膜，并利用TG－DTA，XRD、SEM、XPS、PL、SPS和EFISPS测试技术，对膜样品进行了表征。结果表明，纳米粒子TiO2/Ti膜表面为高密度的均匀碎片结构，TiO2纳米粒子具有与国际P-25TiO2粒子相类似的组成、结构以及微晶尺寸；在纳米粒子TiO2/Ti膜的表面，Ti主要以＋4价化学态存在。而O主要以晶格氧、羟基氧和吸附氧3种化学态存在。以纳米粒子TiO2／Ti膜的PL光谱测试中，以260nm为激发波长，观察到了峰位在380nm处的PL光谱，该值与SPS信号的响应阈值是一致的，此PL光谱峰可能与导带低的电子向价带顶的能级跃迁有关，同时说明了TiO2纳米粒子的量子尺寸效应的影响要大于库仑作用能和表面极化能的影响。以310nm为激发波长，分别观察到了与锐钛矿和金红石相关的发光信号；以450nm为激发波长，观察到了与表面态相关的弱的发光信号。此外，在光催化降解苯酚实验中，当涂膜3次时，TiO2粒子膜达到最高的光催化活性。     

低量镱掺杂TiO2纳米光催化剂的溶胶-溶剂热制备及光活性

利用溶胶-溶剂热技术制备了锐钛矿型Yb掺杂和未掺杂TiO2纳米粒子,以亚甲基蓝(MB)溶液在紫外光和可见光照射下的光催化脱色率评价其光活性,考察了溶剂热温度、Yb掺杂量和焙烧温度对样品光活性的影响;结合XRD,BET,XPS,FT-IR,DRS和PL表征手段,探讨了Yb掺杂对TiO2光活性的影响机制.结果表明,低量Yb掺杂不仅显著提高TiO2的紫外光活性,也明显提高其可见光活性.Yb掺杂调整TiO2带隙内部电子分布状态,有效抑制光生e-/h+复合,提高量子效率;并且增加表面羟基,增大比表面积,改善表面织构特性,致使紫外光活性提高.然而Yb掺杂并未引起紫外吸收带边红移,其可见光活性的提高应归因于Yb掺杂强化了表面吸附染料的敏化作用.     

Au掺杂方式对锐钛矿TiO2光催化性能的影响

结合超临界乙醇干燥技术, 采用沉积-沉淀(DP)和共沉淀(CP)法分别制备了具有单一锐钛矿晶相的Au/TiO2和Au(0.2%, 原子分数)-TiO2光催化剂, 通过XRD、BET、TEM、XPS和Raman手段表征样品中Au的掺杂形态, 以光催化降解甲基橙为模型反应考察了样品的光催化活性. 结果表明, DP法制备的Au/TiO2在110 ℃干燥处理后, 表面存在的Au3+能有效地促进锐钛矿TiO2光催化性能, 其一级反应速率常数比纯锐钛矿TiO2提高了3.2倍, 比商用光催化剂Degussa-P25提高了4.1倍, 而当Au3+被还原为Au0后光催化活性下降. 用CP法制备的Au-TiO2并没有较大地提高锐钛矿TiO2光催化性能, 在焙烧温度达到800 ℃时, Au向表面迁移聚集, 造成锐钛矿TiO2晶格氧空位和缺陷位增加, 使光催化活性下降.     

纳米TiO2混晶的形成及其对光催化性能的影响

用溶胶-凝胶法通过改变晶型调节剂2-甲基-2,4戊二醇的添加量制备了金红石相和锐钛矿相比例不同的纳米TiO2混晶.以膨胀珍珠岩为载体,制备珍珠岩负载纳米TiO2混晶催化剂,以X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-visiblespectrum)、BET、Raman光谱等方法对纳米TiO2混晶和负载型纳米TiO2催化剂进行表征和性能测定,研究了催化剂的混晶效应对光催化降解甲基橙催化性能的影响.结果表明:晶型调节剂的含量及制备条件对混晶中金红石和锐钛矿相TiO2的比率有较大的影响.对于负载型纳米TiO2催化剂,混晶比影响催化剂的光催化降解效率,当混晶比为6.1时光催化效率最高,这一结果对光催化剂的制备和应用都具有重要的意义.     

纳米TiO_2催化剂微晶结构对光催化反应的影响

采用正交试验方法,调控Ti（SO4）2原料浓度、沉淀剂NH4HCO3浓度、沉淀pH值、焙烧温度和焙烧时间等制备条件制备得到了25个锐钛矿相TiO2光催化剂.对TiO2光催化降解十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的催化活性与TiO2锐钛矿相10个晶面的法向粒子尺寸、晶格畸变应力、X射线衍射强度之间的关系进行了分析.发现TiO2光催化SDBS的降解遵循一级反应动力学;其主要影响因素为（101）晶面结晶情况,而与其余晶面的相关性不大;光催化反应需要晶格畸变较少的结晶较完整的（101）晶面;晶粒尺寸减小,比表面积增大有利于提高反应速率;光催化反应过程主要在结晶的锐钛矿相（101）晶面表面上发生,而无定形TiO2催化活性较低.     

微量铂掺杂对TiO2粉末结构和性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了铂掺杂的TiO2粉末, 利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见光谱和X射线衍射技术对粉末的结构和光吸收性能进行了表征. 结果表明, Pt/TiO2粉末主要含有Ti, O, Pt和C元素, 其中Pt主要以0价态存在. 573～873 K焙烧的Pt/TiO2粉末中, TiO2是锐钛矿结构, 973 K焙烧时, 有6.3%的TiO2转变为金红石结构. Pt/TiO2粉末的晶粒尺寸小, 铂和锐钛矿结构TiO2粒子都是纳米颗粒. 随焙烧温度升高, 粉末中TiO2的晶粒尺寸逐渐增大, 晶格常数a和c发生各向异性的变化, 单胞体积在相变时发生收缩. 与TiO2粉末相比, Pt/TiO2粉末中两种结构TiO2的晶格常数和晶胞体积基本上都增大了, 光谱吸收范围被明显拓展至可见光, 实现了可见光催化的基础.     

La2O3掺杂低温合成介孔锐钛矿相二氧化钛

采用非离子型表面活性剂EO20PO70EO20(P123)为模板剂,钛酸丁酯为钛源,La2O3为促进剂,无水乙醇为萃取剂,使用溶胶-凝胶法合成了具有锐钛矿相介孔结构和高比表面积的纳米TiO2.XRD,BET,IR和HRTEM等表征表明,La2O3的掺杂量对TiO2锐钛矿相的形成具有明显影响,当La2O3掺杂量为0.1%(摩尔分数)时,合成的TiO2锐钛矿相晶型最好,且为介孔结构,孔径大小均一,比表面积达到367.7 m2·g-1.     

锐钛矿型纳米TiO2粉体的精细结构及其光催化降解苯酚的活性

  摘要：以Ti（SO4）2·4H2O和尿素为原料，以聚乙二醇－1000为空间构 造剂，制备了不同粒径的具有高热稳定性的锐钛矿型纳米TiO2粉体，并 用XRD，BET和EXAFS技术对其晶相、粒径大小、比表面积及中心Ti原子 的K－边精细结构进行了表征，对其光催化降解苯酚反应的活性进行了 考察．结果表明，未经任何热处理的TiO2粉体即为锐钛矿型晶相，控制 焙烧温度可以达到控制其粒径及比表面积的目的．经850℃焙烧5h的样 品仍保持锐钛矿型晶相，未出现向金红石型晶相转变的迹象．随着纳米 TiO2晶粒的增大，Ti原子局域结构的有序度增强，边前结构A1，A2和A 3三个特征峰的强度增强，各壳层的配位数均呈增大的趋势．粒径处于 15～20nm的锐钛矿型TiO2粉体对光催化降解苯酚表现出较高的活性．     

稀土掺杂TiO2颗粒的制备及其悬浮液的电流变特性

通过掺杂稀土元素,使TiO2电流变液的屈服强度提高到近5 kPa (3 kV/mm).用DSC-TG、 IR和XRD等手段对材料的Sol-gel制备过程和产物的晶体结构进行了分析.结果表明纯TiO2和掺杂稀土TiO2凝胶的分解分三阶段完成,并形成锐钛矿结构.掺杂浓度小于一定值时,稀土离子以置换Ti位固溶于TiO2晶格中并引起晶格膨胀.认为适当掺杂所导致的晶格常数变化改善了材料的介电性能,从而使TiO2的电流变性能优化.     

H3BO3对微波等离子体法合成SrAl2O4:Eu2+,Dy3+的影响

采用微波等离子体法合成SrAl2O4：Eu^2＋ Dy^3＋长余辉发光材料,探讨了H3BO3的加入对材料的光谱性能、余辉性能、相组成结构、微观形貌的影响。结果表明,适量的添加助溶剂H3BO3,有利于增强材料的发光强度,延长余辉时间,但过量的添加反而会导致发光性能下降。本试验确定硼酸的最佳添加量为10％。综合检测分析结果推断,硼酸加入后在高温下大部分形成液相,并通过液相传质促进晶体生长,提高基质的结晶程度,同时促进稀土离子Eu^2＋,Dy^3＋进入晶格并使其分布更均匀;而少部分则会进入晶格发生B取代Al,引起晶体场畸变,从而提高了材料的发光强度和长余辉特性。     

硼硫共掺杂TiO2的光催化性能及掺杂机理

采用水热法制备了硼硫共掺杂的TiO2光催化剂(TiO2-B-S),并用其光催化降解甲基橙.结果表明,在240℃下水热反应12h时制得的TiO2-B-S具有较高的催化活性,紫外光照射50min和太阳光照射230min时对甲基橙的降解率分别达99.8%和81%.X射线粉末衍射、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱等研究表明,TiO2-B-S为锐钛矿晶型,硫硼掺杂能抑制TiO2粒径的生长;TiO2-B-S同时具有较高的紫外光和可见光活性的原因可能是掺杂的硼以B3 进入晶格中,导致TiO2晶格畸变,带隙变窄.掺杂的硼和硫还提高了TiO2的表面酸度和对可见光的吸收.     

担载Ag对TiO2界面光生电子转移效率的影响

通过采用原位电子顺磁共振（EPR）、紫外-可见漫反射（DRS）、低温液氮吸附技术对光化学还原法合成Ag/TiO2进行表征，比较不同反应气氛，Fe3＋为电子受体及微量H2O2存在情况下TiO2和Ag/TiO2光催化活性变化，阐述了Ag担载对TiO2界面光生电子的传输与捕获效率的影响. Ag捕获的光生电子具有较强流动性，可迅速向Ag/TiO2表面吸附的O2分子或表面Ti4＋传递，在Ag表面产生活性物种或在TiO2表面生成活性反应中心表相Ti3＋，减少光生电子在TiO2的体内俘获生成复合中心即体相内部Ti3＋的几率.适宜尺寸纳米Ag团簇的担载可有效加速光生电子的传输与捕获效率，提高活性物种数量.     

负载型纳米TiO2复合载体的制备及其酸性研究

采用溶胶-凝胶法在γ-Al2O3上制备出负载型纳为TiO2，并用XRD，TEM对TiO2的晶型及粒子大小进行了表征。结果表明，在550℃煅烧后，TiO2仍为锐钛矿结构，且通过控制制备条件，TiO2粒径可控制在5nm-10nm之间及15nm-20nm之间，TiO2都以纳米粒子的形式高分散负载在γ-Al2O3上。另外，还用NH3-TPD对复合载全进行酸性表征。实验发现，纳米TiO2对复合载体的酸量影响较大。复合载体的酸量并不是随TiO2含量的增加而一直下降，而是先降低，当TiO2含量达到30％后又开始增加。纳米TiO2对复合载体的酸强度和酸度分布影响较小。     

均相水解法制备金红石含量可控的纳米TiO2

用均相水解法通过调节对甲苯磺酸的添加量制备了金红石含量线性可控的纳米TiO2粒子，相同条件下，没有加入对甲苯磺酸时，制备的TiO02颗粒为纯锐钛矿晶型．制备的纳米TiO2颗粒，其单晶尺寸为19．5mm(金红石)，13．5mm(锐钛矿)，比表面积72．7m^2／g，通过公式计算得到了制备的TiO2纳米颗粒带隙能为2．83eV，比P25和纯锐钛矿纳米TiO2颗粒的带隙能均低．     

Mo掺杂对纳米TiO2结构和活性的影响

利用Mo6 的掺杂在TiO2中引入缺陷,从而扩大TiO2催化剂的光谱响应范围。运用UV-Vis、XRD、XPS、TG-DTA等测试技术考察了钼离子掺杂浓度对于TiO2光催化剂吸收光谱范围、晶型、晶胞和晶粒的影响,分析了钼进入TiO2品格的方式、价态和掺杂催化剂在热处理过程中发生的物理和化学变化。以亚甲蓝溶液的光催化降解为模型反应,考察了掺杂量对这种新型光催化剂的光催化活性的影响。结果表明,Mo6 可进入TiO2晶格中形成杂质缺陷,引起TiO2品格膨胀,Mo6 的掺杂量影响TiO2晶粒尺寸和晶相转化。Mo6 掺杂的质量分数为4．5％时,样品的吸收带边可达460 nm,对40 mg/L亚甲蓝反应2 h的降解率为58．3％,矿化率为52．5%。而Mo6 的掺杂质量分数为3．0％和6．0％时,形成的TiO2晶粒尺寸较小,TiO2晶粒中锐钛矿相与金红石相的比例接近4:1时,对亚甲蓝降解率分别为56．6％和52．0％,矿化率分别为49．2％和44．2％。     

光电流法研究TiO2薄膜表面吸附氧对光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型和金红石型TiO2薄膜, 利用光电流和XPS技术研究了薄膜表面吸附氧对不同晶型TiO2光催化活性的影响. 并通过降解纯的环己烷溶液的实验来评估不同晶型TiO2的光催化活性. 结果表明, 在相同条件下, 锐钛矿型TiO2比金红石型具有明显的光催化活性. 这是由于锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有较强的吸附氧的能力, 同时其光生电子与空穴的复合率相对较小所致.