TiO2纳米粒子制备方法对其光催化活性的影响

分别用胶溶法、金属醇盐水解法和低温水解法制备了TiO2纳米粒子;采用XRD和BET技术,测试了TiO2粒子的粒径、晶型及表面积。以庚烷的气相光催化氧化为探针反应,考察了不同方法、不同温度处理的TiO2粒子的光催化活性。结果表明,以胶溶法和金属醇盐水解法制备的TiO2粒子,随焙烧温度的增加TiO2粒子长大,晶型由锐钛矿向金红石型转变,光催化活性降低。用低温水解法,可在低温下制得金红石型TiO2粒子,但其催化活性很低。说明由原料和制备方法所决定的TiO2粒子的物理化学性质,影响其光催化行为。锐钛矿型TiO2粒子催化活性较金红石型TiO2好。这是由于前者的表面羟基含量较高且带隙能较大的缘故。     

TiO2纳米粒子包覆聚苯乙烯球的结晶性能与表面光电压特性

TiO2具有很高的光催化活性，同时TiO2纳米粒子具有耐酸碱和耐光化学腐蚀、低成本、无毒等性质，在许多领域引起广泛关注．据报道，TiO2的锐钛矿晶型比金红石晶型具有更好的光催化活性．由于金红石是TiO2的热力学稳定相，而锐钛矿是亚稳相，通常锐钛矿相在550-800℃温度范围内形成金红石相，从而降低其催化活性，限制了其应用．     

TiO2纳米管与纳米线的制备及光电化学研究

利用钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaOH反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线.在170℃,48 h的条件下合成了TiO2纳米管.在180℃时得到另一种一维的TiO2纳米线.并用XRD,SEM,SAED,EDS及HRTEM等分析手段对两种产物的成分、形貌、结构进行表征.对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究.结果表明,TiO2纳米管与纳米线为锐钛矿型和金红石型的混晶结构.TiO2纳米管单色光的光电转化效率达到10.38%.与钛酸盐纳米管相比,混晶结构TiO2纳米管显示出优良的光电转化性能.     

单一板钛矿相TiO2微晶的制备

以新鲜的无定形TiO2沉淀为前驱体，在水热条件下得到了板钛矿型TiO2微晶粉末，考察了前驱体制备过程中碱的种类与用量以及水热反应的温度和时间等因素对板钛矿型TiO2的影响。XRD．TEM和Raman测试表明,所合成的样品具有单一的板钛矿型TiO2结构，晶相纯度很高，晶粒形状相同且具有完美的内部结构，粒度分布均匀,此板钛矿型TiO2样品在900℃时开始向金红石结构转化，1000℃时完全转变为金红石结构。     

不同形貌TiO2的水热合成及对苯酚的降解研究

采用水热合成法, 通过对溶液的pH值、反应物配比、陈化温度及陈化时间等条件的控制, 合成出不同晶型及形貌的TiO2纳米粒子. 结果表明, 溶液的pH＝11, n(钛酸丁酯):n(三乙醇胺)＝1:2, 陈化温度为150 ℃, 陈化时间为48 h时, 能得到较规则的、长径比约为4:1的棒状TiO2. 当溶液pH<10时, 得到球形的TiO2纳米粒子; 陈化时间为24 h时, 得到纺锤形TiO2纳米晶. 以上合成的纳米粒子均为锐钛矿型, 但当溶液的pH>12时, 则得到板钛矿型TiO2粒子. 以苯酚为降解模型, 考察了不同形貌TiO2的光催化活性.     

纳米TiO2光催化剂的酸催化水解合成与表征

以TiCl4为钛源,采用酸催化水解法控制TiCl4水解速度,合成了纳米TiO2光催化剂。以苯酚的光催化降解为模型反应,考察了酸催化剂种类、水解温度、煅烧温度对TiO2光催化活性的影响。采用X射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射(DRS)、扫描电镜(SEM)、低温氮物理吸附,分析了TiO2光催化剂的晶相结构、光谱特征以及表面形貌。结果表明,以HCl为催化剂、水解温度98℃、煅烧温度500℃下制得TiO2活性最高。最佳条件下合成的TiO2前驱体为无定型结构,400℃煅烧时几乎完全转化为锐钛矿相,800℃时完全转化为金红石相。随着煅烧温度升高,TiO2光吸收阈值红移,TiO2粒子尺寸增大,比表面积下降,光催化活性降低。     

TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变

以钛酸丁酯和季铵盐改性有机蒙脱石为原料,采用原位水解法和原位脱羟法制备了TiO2/蒙脱石纳米复合物。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)表征了不同焙烧温度下TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变,并与不同焙烧温度下纯TiO2的结构相变进行对比。结果发现TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2从锐钛矿相开始转变为金红石的最低温度要比纯TiO2从锐钛矿开始相转变为金红石的最低温度高200℃,且在焙烧温度1 200℃时还存在锐钛矿相,而纯TiO2在焙烧温度800℃时就全部转换为金红石相。TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2和纯TiO2的平均晶粒度都随焙烧温度升高而增大,但TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的平均晶粒度要小于相同温度下焙烧纯TiO2的平均晶粒度。表明蒙脱石结构层的硅氧结构抑制了TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相的转变,进而使相变温度升高,同时阻碍了晶体的生长。     

制备条件对金红石型SO42-/TiO2微粒气相光催化活性的影响

以Ti(SO4)2酸溶液为前驱体．氢氧化钠作沉淀剂，采用沉淀法低温焙烧制备了SO4^2-掺杂的金红石型TiO2微粒．用光催化降解正庚烷为反应模型．结合BET、TG-DTA、IR、XRD等表征手段，探讨了制备条件对金红石型SO4^2-／TiO2微粒气相光催化活性的影响，并优化实验条件获得了光催化性能优良的金红石型SO4^2-／TiO2微粒．     

低温液相制备金红石型TiO2纳米晶须

目前，已有多种控制TiO2形貌及晶须生长的方法，如模板合成、超分子组装、声化学合成液相法及固相合成等，其中，液相法是最为廉价和简单的方法．为此，近期采用低温液相法合成金红石型TiO2受到了极大的关注．本文在以前工作的基础上，采用改进的实验方法通过在低温陈化一定浓度的TiCl4水溶液直接获得了金红石型TiO2纳米晶须，并对产物进行了初步表征．     

焙烧处理下二氧化钛/钛酸盐纳米材料晶型和形貌的变化规律研究

通过调控酸碱浓度,在水热条件下得到了金红石、锐钛矿、板钛矿、钛酸钠等一系列TiO2/钛酸盐产物.对上述TiO2、酸洗处理后的钛酸盐等一系列不同晶型、不同形貌的样品进行焙烧处理,系统性地研究焙烧温度的逐渐升高对产物晶型转变和形貌演化的规律性影响.给出了水热酸碱浓度以及焙烧温度两个因素与TiO2/钛酸盐纳米材料晶型和形貌变化行为关系的二维示意图.依据奥斯特瓦尔德阶梯规则、经典热力学理论以及定向附着生长机理,对TiO2/钛酸产物的晶型晶体生长、晶型转变和形貌演化机理进行了探讨.     

单分散TiO2亚微米球的制备与表征

采用乙腈与乙醇混合溶剂体系制备出了单分散的亚微米级TiO2球形胶体颗粒, 并对乙腈相对含量以及实验温度等参数的影响进行了研究. 结果表明5 ℃下乙腈相对含量为70%时可制得高质量的单分散胶体颗粒. 通过TEM、SEM、粒度分析等表征手段, 表明所得胶体颗粒平均直径约为540 nm, 标准偏差在5%以内, 颗粒的多分布系数为0.013, TG-DSC分析表明胶体颗粒为含水量很少的水合TiO2; XRD分析表明单分散TiO2胶体颗粒在600 ℃高温烧结由无定型转变为锐钛矿型, 在900 ℃高温烧结则开始出现金红石型.     

Sol-gel自蔓燃法控制合成二氧化钛纳米粉体及性能

采用化学络合溶胶-凝胶法,结合自蔓燃合成工艺制备了结构可控、分散性良好的TiO2纳米粉体.考察了原料组成、凝胶膨胀程度和温度机制对粉体结构、分散性的影响,用漫反射光谱测试了所制备粉体的光吸收性能. 结果表明,将原料中氧化剂与还原剂的摩尔比从2增加到7,在600 ℃的煅烧温度下可以得到金红石含量在25％～68.2％之间的TiO2,这些结构不同的粉体粒度为30 nm左右;凝胶前驱体经过150 ℃充分膨胀炭化,能有效阻止胶粒间氢键的形成,并且能够防止因毛细管作用而导致的凝胶网络坍塌,从而得到单分散无团聚粉体;提高煅烧温度,金红石含量增多、颗粒粒度增大,800 ℃时出现团聚体;用该工艺制备的粉体的光吸收范围发生明显红移,与市售金红石型TiO2相比,反光率下降10％以上;金红石含量为55.5％的混晶型粉体显示出最好的光吸收性能.     

氧缺位型TiO2的制备、表征及其光催化析氧活性

采用69 ℃饱和水蒸气和H2混合气, 于927 ℃下处理金红石型TiO2, 得到不同氧缺位的光催化剂, 并用X射线衍射(XRD)、比表面(BET)、电子顺磁共振(EPR)、紫外-可见漫反射(DRS)、光电子能谱(XPS)对其进行了表征. 考察了热处理时间对氧缺位型TiO2光催化分解水析氧活性的影响. 结果表明, 适量的氧缺位能显著提高金红石型TiO2光催化分解水的析氧活性, 其最大析氧速率达222 μmol·L-1·h-1.     

一步低温法制备可见光响应的棕色纳米TiO2及其光催化性能

光催化作为一种具有前景的技术,被广泛运用于有机物降解、废水处理、空气净化、抗菌、太阳能电池等领域.在众多的光催化材料中,纳米TiO2因具有性质稳定、耐腐蚀、廉价和无毒等优点而受到广泛关注.但纳米TiO2禁带宽度较大(3.2 eV)、只对紫外光有响应及电子-空穴对易复合等特性限制了它的应用.因此,提高纳米TiO2的可见光响应一直是研究的热点.本文发展了一种在低温下制备棕色纳米TiO2的改良溶胶-凝胶法.该法以钛酸四丁酯为钛源,无水乙醇为溶剂,形成溶胶后无需陈化和高温高压,在简单温和的条件下即可制备出棕色纳米TiO2.比较了低温干燥和高温焙烧两种处理方法,结果表明,随着制备温度的升高,样品的粒子尺寸增大,比表面积减小,颜色从白色转变为棕色,在更高的温度又变浅.样品的可见光吸收在180℃时达到最大,随后减弱.在优化温度180℃下制备的TiO2-180℃纳米粒子不仅具有较小的粒径(5.0 nm),较大的比表面积(213.45 m2/g),且在整个紫外-可见光区都具有较强的吸收,其禁带宽度低至1.84 eV.X-射线光电子能谱结果表明,TiO2粒子表面的–OH/H2O含量随制备温度升高而先增加后下降.Raman光谱中Eg峰的移动和变宽表明TiO2晶格可能存在缺陷或氧空位,而TiO2-180℃纳米粒子的电子顺磁共振图谱的g值在2.003左右,对应氧空位中的未成对电子,验证了以上推测.其中TiO2-180℃纳米粒子呈现为最强的EPR信号,表明其晶格内存在最高浓度的氧空位,这是其具有强可见光吸收的原因.光催化实验结果表明,在可见光照射下,TiO2-180℃可高效降解亚甲基蓝(MB).当C(MB)=10 mg/L,pH=4,催化剂添加量为0.07 g时,TiO2-180℃催化剂的光催化活性达到最佳,光照1 h后MB降解率达到99.33%,反应速率常数(0.08287 mg/(L·min))约为同条件下P25(0.01342 mg/(L·min))的6倍.同时,TiO2-180℃催化剂在不同单色光下的光催化活性与它对单色光的光响应大致相符.循环降解实验证明TiO2-180℃催化剂具有很好的稳定性.光猝灭实验表明,·OH在光催化降解过程占主导作用,而TiO2-180℃样品表面含有较多的–OH,有利于·OH的产生,乃至光催化反应.研究表明,晶格内高浓度的氧空位导致的强可见光响应,得益于低温制备条件而保留了大量–OH/H2O的纳米粒子表面以及更大的比表面积,共同促成了TiO2-180℃优越的光催化活性.所制备的棕色纳米TiO2经过进一步修饰后有望运用于实际应用中.     

焙烧的P-25 TiO2微结构特性和光催化活性

光催化氧化能把有机污染物完全转化为二氧化碳和水,被认是有广泛应用前景的水处理方法[1,2]．但是,这一方法真正在污水处理中实际应用,有许多问题仍待解决,其中光催化剂的活性和稳定性需要进一步改善．研究最多的光催化剂是TiO2,影响其催化活性的因素很多[3,4],本工作用XRD、TEM、BET研究了烧结的P－25TiO2微结构特征,并用苯酚光催化降解作探针反应,得到了很有意义的相关信息．1材料和方法1．1催化剂商品P－25TiO2是从Degussa公司购买．样品分别经不同温度和时间焙烧,具体条件见表1．1．2催化剂表征XRD用于测定样品品相…     

复合模板剂下有序介孔TiO2的制备研究

在复合模板剂聚氧乙烯十二烷基醚(Brij35）和聚乙二醇（PEG)下，制备出有序介孔TiO2.用XRD、HRTEM、SEM、FT-IR和N2吸附脱附等方法进行表征；并通过对反应过程中电导率和粘度的连续监测，分析有序介孔TiO2形成过程.研究表明,介孔TiO2为规整的六方排列结构，在低于400 ℃焙烧，有序结构稳定性高，比表面积达252 m2•g－1，孔径3.4 nm，晶型为锐钛矿；经500 ℃焙烧，有序介孔结构破坏，并开始出现金红石型晶相.有序介孔TiO2形成过程是基于在高极性介质中非极性的碳氢链聚集成为胶束，同时钛酸丁酯（TBOT）在已形成的胶束上聚集，在酸作用下不断水解缩聚而形成有序介孔结构，有效控制水解和聚合过程是控制介孔材料结构形成的关键.     

超细钴掺杂二氧化钛的制备、表征及气相光催化性能

以四氯化钛为原料、硝酸钴为掺杂剂,制备了粒径10 nm～30 nm的钴掺杂超细二氧化钛并进行了XRD、TEM和FT-IR表征及气相光催化性能的评价。钴掺杂造成了锐钛矿向金红石相的转变温度明显降低,掺杂量从0增加到4%时,相变温度下降了90 ℃左右。制备过程中的pH值对相变也有影响,pH值很小时相变在较低的温度下就能发生。当pH<3,500 ℃焙烧的样品中就基本是金红石型TiO2;红外光谱分析证明掺杂样品比纯样品有更强的吸水性;以苯作为反应物在一个固定床光反应器中考察了钴掺杂二氧化钛的光催化活性。结果表明,钴掺杂对催化剂的光催化性能有影响。反应初期掺杂样品与纯二氧化钛样品相比活性相差不大,但随着反应的进行活性差别逐渐增大。在实验条件下160 min后纯样品基本失活,掺杂样品的活性仍大于50%。     

氢还原二氧化钛光催化降解磺基水杨酸的研究

研究了由偏钛酸在不同温度下焙烧制成的TiO2,经氢还原后用于光催化降解磺基水杨酸（SSal) 以及TiO2的漫反射光谱和荧光光谱特征。结果表明,锐钛型TiO2在经550℃ 氢还原处理120min后,光催化活性明显提高;600℃条件下焙烧制得的TiO2,经氢还原后其光催化降解SS al的反应活性最高。漫反射光谱结果表明,800℃条件下焙烧制得的TiO2,开始出现转晶现象,从锐钛型逐渐向金红石型过渡。TiO2荧光光谱的峰面积（F）和倍频峰面积（R）的比值越大。TiO2光催化降解SSal的活性越高,提出了氢还原后TiO2的光催化作用机制。     

不同制备条件对TiO_2/beads光催化活性的影响

以空心玻璃微球为载体,采用浸涂法制备ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ光催化剂;利用Ｘ射线衍射、扫描电镜、热分析对ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ进行了表征．研究了不同制备条件对ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ光催化活性的影响．结果表明,热处理６００℃,５ｈ,Ａ／Ｒ为８１／１９时,ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ光催化活性最高;样品由非晶向锐钛矿型转变的温度为４２９℃,当锐钛矿型ＴｉＯ２与金红石型ＴｉＯ２以一定的比例共存时,ＴｉＯ２／ｂｅａｄｓ的光催化活性较好