纳米TiO2光催化剂改性研究进展

TiO2光催化活性高,化学稳定性好,绿色环保及价廉等特点,在污水处理、有机污染物降解、催化制氢、抗菌抗癌及自清洁等方面有巨大的应用前景。然而TiO2半导体禁带宽,光谱范围小,光量子效率低等问题限制了其光催化性能。文章综述了TiO2光催化剂优化改性的研究进展,系统分析了TiO2半导体的结构特征与作用机理,以及TiO2光催化过程的影响因素,着重介绍了TiO2光催化剂多元优化改性方法的优势及不足,最后对未来发展新型TiO2基光催化剂提出了建议。     

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。     

固态TiO2纳米太阳电池研究进展

本文介绍了固态TiO2纳米太阳电池的结构和工作有理，对近年来全固态纳米太阳电池，纳米TiO2膜、染料敏化剂的研究进展进行了综述。     

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。     

TiO2浓度对核-壳结构Ag/TiO2纳米复合粒子结构以及三阶非线性光学性质的影响

采用光还原方法制备了核-壳结构的Ag/TiO2纳米复合粒子, 通过TEM、UV-Vis光谱和XRD表征了不同TiO2浓度下Ag/TiO2纳米复合粒子的结构和光学性质. UV-Vis光谱证明了银颗粒的存在, 且复合粒子中的银粒径随着TiO2含量的增加而增加, 同时随着TiO2浓度的增加, 银的吸收峰出现明显的增强和展宽；从TEM照片 发现, Ag/TiO2纳米复合粒子是一种以Ag为核, 外面包覆一层TiO2的核-壳结构, TiO2浓度和Ag+浓度的增加, 使得复合粒子的银颗粒粒径增大. 用Z-扫描技术, 以锁模Ti:sapphire飞秒激光器发出的脉宽为130 fs激光做光源, 在790 nm波长的光作用下, 研究了0.5%(w)Ag+含量, 不同TiO2浓度的Ag/TiO2纳米复合粒子的非线性光学特性. 结果发现, 在790 nm激光作用下, 0.25%(w)TiO2样品膜有双光子吸收和自聚焦非线性折射现象; 而当TiO2浓度为0.70%(w)时, 样品膜的非线性吸收由反饱和吸收转变为饱和吸收.     

核-壳式纳米SnO2/TiO2光催化剂的制备和性能

 以纳米SnO2·nH2O胶体粒子为基质,采用活性层包覆法制备了纳米SnO2/TiO2复合光催化剂,并用R,TEM,XPS和XRD等手段进行了表征. 采用敌敌畏的光催化降解反应对所制催化剂的活性进行了评价. 结果表明,SnO2/TiO2为核-壳结构,粒径约为12 nm. SnO2/TiO2的光催化活性受TiO2含量及SnO2·nH2O乙醇溶液含水量的影响. 最佳条件为SnO2/TiO2中TiO2含量为56.45%,SnO2·nH2O乙醇溶液含水量为20%. 所制SnO2/TiO2光催化活性比纯TiO2显著提高,且光催化活性稳定,可重复使用.     

包覆型磁性二氧化钛的制备及其光催化性能的研究

采用表面改性的方法分别制备了两种核-壳和核-壳-壳式结构的TiO2/γ-Fe2O3,TiO2/S iO2/γ-Fe2O3包覆型磁性二氧化钛.用XRD、TG-DTA、TEM、BET、和IR等手段对样品进行了结构表征,并研究了它们在紫外光照射下对甲基橙的降解性能.结果表明,在紫外光的照射下,包覆型磁性二氧化钛可有效地降解甲基橙;TiO2/S iO2/γ-Fe2O3的光催化活性优于TiO2/γ-Fe2O3,前者在循环使用三次后降解率仍不低于95%.     

TiO_2一维纳米材料及其纳米结构的合成

本文对合成TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列的阳极氧化法、模板法以及水热法进行了全面而系统的评述,着重介绍了它们的最新研究进展。阳极氧化法能制备牢固负载于基体上的TiO2纳米管阵列,这有助于构筑TiO2纳米结构及其在纳米器件上的应用;与多种制备技术如溶胶-凝胶工艺、电化学沉积以及原子层沉积等相结合,模板法可以合成出多种形貌的TiO2纳米材料如纳米管、纳米线和纳米棒,并且可以通过改变所用模板的微观尺寸来调控TiO2一维纳米材料及其有序阵列的微结构参数;水热合成法可以制备出直径小且比表面积大的TiO2纳米管粉末。从目前来看,该法还不能制备出牢固负载于基体上的有序纳米阵列。文章最后指出了TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列合成中存在的问题及今后发展方向。     

氮掺杂TiO2/SiO2核壳型复合微球的制备及其可见光催化性能

 以单分散性良好的SiO2微球为模板,以钛酸四丁酯为钛源,利用化学吸附和原位水解方法制备了TiO2/SiO2核壳结构复合微球,并在氨气气氛下进行了氮掺杂. 以罗丹明B水溶液的光催化降解为模型反应,评价了所制试样在可见光照射下的光催化活性,并借助透射电镜、高分辨透射电镜、 X射线衍射、紫外-可见漫反射光谱、红外光谱和X射线光电子能谱等测试手段对其结构、形貌和光谱性质进行了表征. 结果表明,氮掺杂TiO2/SiO2为核壳结构, TiO2包覆层厚约10 nm. 由于SiO2核与TiO2壳间形成了 Ti-O-Si 键, TiO2的热稳定性增强. 掺杂的氮形成了 Ti-O-N 键. 600 ℃下氮化1 h得到的试样的可见光活性最佳. 由于结合了SiO2核优良的吸附性能及氮掺杂TiO2壳的可见光响应性能,该复合微球在整体上表现出比P25更优的光催化活性.     

TEM Study on the Formation Process of TiO2 Nanotubes

The process,that the polycrystalline TiO2 powders were converted into TiO2 nanotubes,was observed with transmission electron microscope.The results obtained indicated that in concentrated NaOH aqueous solution,anisotroplc swelling appears on the polycrystalline TiO2 granula at first,and then the nanotubes are formed.     

Insights into electrolyte effects on photoactivities of dye-sensitized photoelectrochemical cells for water splitting

Dye-sensitized photoelectrochemical cell(DS-PEC) is an especially attractive method to generate hydrogen via visible light driven water splitting. Electrolyte, an essential component of DS-PEC, plays a great role in determining the photoactivities of devices for water splitting. When using phosphate buffer(pH = 6.4)as electrolyte, the DS-PEC displayed much higher photoactivity than using 0.1 M Na_2SO_4(pH = 6.4) as electrolyte. The insight is phosphate anion gathers together to form a negative electrostatic field on TiO_2 surface, which increases the resistance in the TiO_2/catalyst and electrolyte interface and validly reduces the charge recombination from TiO_2 to the oxidized catalyst.     

WO3/(TiO2-SiO2)催化剂的表面分散状态及催化性能的研究

用气相流动吸附法制备复合载体,用浸渍法制备WO3/(TiO2-S iO2)催化剂.应用LRS和TPR技术研究WO3在复合载体TIO2-S iO2表面的分散状态,发现TiO2在S iO2表面的分散可增强WO3与载体之间的相互作用,提高WO3在载体表面的分散阈值.另外TPR实验证明,TiO2的存在不仅大大改善WO3的分散状态,而且使WO3在TiO2-S iO2的还原温度升高,WO3与载体之间的作用增强.负载于经TiO2调变的S iO2上的催化剂其HDS、HYD、BHD活性高于负载于单纯S iO2上的催化剂的活性.     

TiO2形态结构与光催化活性关系的研究

本文介绍了TiO₂多相光催化剂的作用机理及其结构特性对光催化活性的影响,并对TiO₂的晶相组成、晶粒尺寸、比表面积、表面形态与光催化活性的关系作了综述。     

Hierarchically nanostructured porous TiO_2(B) with superior photocatalytic CO_2 reduction activity

Hierarchically nanostructured, porous TiO_2(B) microspheres were synthesized by a microwave-assisted solvothermal method combined with subsequent heat treatment in air. The materials were carefully characterized by scanning and transmission electron microscopy, X-ray diffraction, CO_2 adsorption, and a range of spectroscopies, including Raman, infrared, X-ray photoelectron and UV-Vis spectroscopy. The hierarchical TiO_2(B) particles are constructed by ultrathin nanosheets and possess large specific surface area, which provided many active sites for CO_2 adsorption as well as CO_2 conversion. The TiO_2(B)nanostructures exhibited marked photocatalytic activity for CO_2 reduction to methane and methanol. Anatase TiO_2 and P25 were used as the reference photocatalysts. Transient photocurrent measurement also proved the higher photoactivity of TiO_2(B) than that of anatase TiO_2. In-situ infrared spectrum was measured to identify the intermediates and deduce the conversion process of CO_2 under illumination over TiO_2(B) photocatalyst.     

Influences of the adsorption state of catalyst on the performance of DS-PEC for visible light driven water splitting

Adsorption state of catalyst on photoanode is an important factor on influencing the performance of dye-sensitized photoelectrochemical cells(DS-PECs) for water splitting. Photoanode TiO_2(1 + 2) was assembled with Ru(bpy)3phosphoric acid derivative(complex 1) as photosensitizer and complex 2 as water oxidation catalyst to compare with photoanode TiO_2(1 + 3). The photocurrent density of photoanode TiO 2(1 + 3) with catalyst 3 synthesized with only one end fixing on the surface of TiO_2 is about four-fold of the photoanode assembled with catalyst 2 fixing with two claws on the surface of TiO 2. The phenomenon should be caused by the littery arrangement and shorter distance of catalyst 2 from the active center of catalyst to TiO_2 on the surface of semiconductor which led to lowly efficient electron transfer.     

镧对固体超强酸SO42-/TiO2/Al交联膨润土的改性研究

采用镧对固体超强酸SO42-/TiO2/铝交联膨润土(S042-/TiO2/Al-PILC)进行改性,制备了La—SO42-/TiO2/Al-PILC稀土超强酸,并采用XRD、低温N2吸附法及吡啶吸附红外等方法对其进行了结构、表面性能及酸性的表征。实验结果表明,镧引人SO42-/TiO2/Al-PILC超强酸,对TiO2锐钛矿晶相的形成没有影响,但对锐钛矿晶相向金红石相的转变有抑制作用,镧的引人使催化剂的酸强度及酸中心的数量有所增加,镧能有效地减少催化剂表面SO42-的流失量,从而提高催化剂的活性稳定性。     

载体对Au-Pd双金属催化剂加氢脱硫性能的影响

研究了Al_2O_3,TiO_2-Al_2O_3等载体对Au-Pd双金属催化剂的噻吩加氢脱硫性能的影响,并运用XRD,TPD,BET,TPR等手段对Au-Pd双金属催化剂进行了表征.结果表明,Au-Pd/TiO_2-Al_2O_3催化剂有较好的噻吩加氢脱硫反应活性和稳定性,与Au-Pd/Al_2O_3催化剂相比,Au-Pd/TiO_2-Al_2O_3催化剂有较高的酸密度和酸强度、活性表面积、H_2及CO的吸附量.     

V2O5/TiO2催化剂表面结构FT-IR发射光谱研究(II)

用傅里哀变换红外发射光谱原位考察了V_2O_5/TiO_2催化剂在制备焙烧过程中担载偏钒酸铵的热分解步骤及其形成的表面活性相结构。偏钒酸铵在200 ℃左右分解, 在300 ℃之前完全转化为晶相V_2O_5。担载于TiO_2上的偏钒酸铵在100 ℃左右与TiO_2已产生强的化学作用, 在200 ℃之前已完全分解。对于10%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂其担载偏钒酸分解后在1020 cm~(-1)附近出现晶相V_2O_5的特征峰。但在500 ℃进一步焙烧后晶相V_5O_5的峰减弱并在1025—900 cm~(-1)区出现宽峰, 表明部分晶相V_2O_5可能转化为二维高分散的VO_x物种。2%(质量分数)V_2O_5/TiO_2催化剂在焙烧过程中也显示晶相V_2O_5的弱峰, 但同时也观察到属于VO_x物种的宽峰。进一步降低钒担载量, V_2O_5晶相特征峰逐渐消失, 而在1025—900 cm~(-1)区出现二维VO_x物种的宽峰。结果还表明傅里哀变换红外发射光谱是表征氧化物催化剂表面相结构的一种有力的方法。     

中孔TiO_2的制备与表征

以聚氧乙烯十二烷基醚为模板剂,钛酸四丁酯为钛源制备了中孔TiO2,探讨了焙烧温度和掺杂对中孔TiO2结构的影响。利用XRD,TEM,FT-IR和N2吸附等对其结构进行了表征。结果表明,中孔TiO2具有较大的孔径和较高的热稳定性;钇掺杂使中孔TiO2的比表面积和孔体积增大及热稳定性提高。以噻吩加氢脱硫为探针反应,考察了以中孔TiO2为载体的N i基催化剂的催化活性,钇掺杂能提高其催化活性。     

非钛醇盐溶胶-凝胶法制备高光活性纳米晶TiO2气凝胶

 以TiCl4为前驱体,采用环氧丙烷快速成胶法合成了具有高光催化活性的纳米晶TiO2气凝胶,利用X射线衍射、N2物理吸附和透射电镜等手段考察了H2O/TiCl4摩尔比和热处理等制备参数对TiO2气凝胶织构性质的影响,并以苯酚的光催化降解为模型反应评价了样品的光催化活性. 结果表明, H2O/TiCl4摩尔比为3时体系的成胶过程较为缓慢,制备的纳米晶TiO2气凝胶样品具有最小的晶粒尺寸及最大的比表面积和孔容,并且具有最佳的光催化活性.