超亲水TiO2和TiO2-SiO2表面的动态润湿性

1997年, Fujishima研究组[1]发现TiO2表面经UV光照射能产生较强的亲水性, 同时具有较高的亲油性, 即经UV光照射后的TiO2表面具有超双亲的性质. 这种防雾和自清洁性在工业上应用广泛, 已引起了人们的极大兴趣[2～5]. 进一步的研究发现, 超亲水的TiO2表面在暗处放置会变为疏水表面. 对于这个问题, 除了可以通过UV光照[6]、氩离子或电子束溅射[6]和高温热处理[5]等恢复其超亲水性外, 还可以通过添加摩尔分数为10%～30%的SiO2有效地降低TiO2表面的接触角, 提高UV光诱导的超亲水表面在暗处的稳定性能[3]. 另外, 诱导TiO2的亲水性需要较强的UV线强度(如太阳光), 使它在室内应用受到限制. 为了在室内实现TiO2的自清洁功能, Watanabe等[4]发现在TiO2中添加WO3可使TiO2在室内的照明光下也能实现亲水性转变. 以上这些研究成果为TiO2在工业和生活上的实际应用提供了重要的科学依据. 然而, TiO2的防雾和自清洁功能的实现同时也受其动力学性质的制约.     

TiO2/LaFeO3微纳米纤维的可控制备及光催化性能简

利用静电纺丝技术及水热合成法制备了TiO2/LaFeO3异质结构. 采用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)等手段对TiO2/LaFeO3微纳米纤维的结构和表面形态进行表征. 通过亚甲基蓝(MB)光降解反应研究了其光催化性能. 结果表明,不完全碳化TiO2纤维表面的缺陷位点是LaFeO3纳米粒子的有利生长点. TiO2/LaFeO3异质结材料的带隙明显窄于TiO2,光催化活性得到提高;经140 min紫外光照射后,TiO2/LaFeO3异质结催化剂对MB的降解率为65.34%,分析和探讨了其光催化机理.     

纳米TiO2膜修饰电极上对硝基苯甲酸异相电催化还原

有机电合成具有对环境友好、反应条件温和副产物少等优点并符合“原子经济性”要求，是一种可持续发展的绿色化学方法，已成为化学研究的重要前沿之一．使用媒质作为氧化剂和还原剂的间接电合成，大多为均相氧化还原电催化过程，把氧化还原催化剂固定在电极表面的异相电催化与均相催化相比具有更为显著的优点．本文采用循环伏安和电解合成法研究了纳米TiO2膜电极在硫酸介质和氢氧化钠介质中的氧化还原行为以及异相电催化还原对硝基苯甲酸的活性，探讨了纳米TiO2膜异相电催化的本质．     

脉冲电沉积法制备Pt-TiO2 纳米管电极及其电催化性能

采用阳极氧化法在高纯钛片上原位组装TiO2纳米管阵列, 然后用脉冲电沉积方法将Pt沉积到TiO2纳米管阵列上, 制备出Pt-TiO2纳米管电极. 利用XRD和SEM对所获电极的微观结构和形貌进行表征, 结果表明, Pt纳米颗粒以花簇状分散在TiO2纳米管上, 晶粒大小约为25.6 nm. 对甲醇的电催化性能的研究结果表明, 脉冲电沉积制得的Pt-TiO2纳米管电极比TiO2纳米管电极和纯Pt片电极具有更高的电催化活性, 是Pt电极的40多倍.     

空气电极改性TiO2光催化剂的研究

将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的空气电极上形成双功能新型复合电极.TiO2/C光催化层的微多孔特性使新型载体保持了高效合成H2O2的优势,J=15mA/cm2时,电流效率达到82%.新型载体又为TiO2/C光催化剂获得了阳极偏压,有利于将光生电子迅速导入载体,减少了光生载流子的复合.在新型光催化体系中,光化学氧化作用与光催化氧化作用有机地统一在同一电极/溶液界面附近,造成了该界面的强氧化环境,从而使有机分子的氧化降解速度得到显著提高.     

Co~(2+)掺杂的纳米TiO_2薄膜光催化特性及电化学阻抗谱研究

本文采用交流电沉积技术,在多孔氧化铝模板中合成出Co2+掺杂的纳米TiO2薄膜(Co2+/TiO2薄膜)。以次甲基蓝为降解物,研究了纳米Co2+/TiO2薄膜在可见光下的催化性能,考察了阳极偏压对光催化活性的影响。用电化学阻抗谱(EIS)研究了纳米Co2+/TiO2薄膜在次甲基蓝溶液中的电化学行为,给出了相应的等效电路和半导体能带结构参数-空间电荷层宽度。研究表明,适量Co2+掺杂可以提高TiO2薄膜的光催化活性。在Co2+/TiO2膜电极上施加一定阳极偏压,使空间电荷层宽度增加,因此能有效实现光生电子-空穴分离,进一步提高次甲基蓝的光催化降解效率。     

块状TiO2/SiO2气凝胶的非超临界干燥法制备及其表征

分别通过TiO2和SiO2的单独溶胶和TiO2/SiO2复合凝胶,并添加干燥控制化学添加剂甲酰胺,形成比较完善的凝胶网络结构,同时通过正硅酸乙酯的乙醇溶液浸泡,低表面张力溶剂替换和分级陈化以及干燥等步骤,实现了块状TiO2/SiO2复合气凝胶的非超临界干燥制备.所得TiO2/SiO2气凝胶为无色或乳白色轻质块状多孔固体,表观密度约0.4～0.9g/cm3,孔隙率约80%～95%.它由直径约10nm的TiO2和SiO2微粒相互分散复合而成,孔洞直径约几十纳米.其相态SiO2为无定形,TiO2为锐钛矿晶型.随着焙烧温度的升高,直到800℃不发生相变化.     

用模板法制备TiO2纳米线阵列膜及光催化性能的研究

用溶胶-凝胶技术在多孔阳极氧化铝模板的有序微孔内制备了高度取向的TiO2纳米线阵列膜光催化剂.用XRD,AFM和SEM等手段对样品进行了表征.结果表明,TiO2纳米线阵列膜晶型为锐钛矿,从AFM图像中可以看出TiO2纳米线线径分布均匀一致,取向性极好,直径与AAO模板的孔径大小一致.以其对吖啶橙的降解效果作为评价光催化活性的标准,与相同条件下制备的TiO2/玻璃膜相比,TiO2纳米线阵列膜具有很好的催化活性.     

TiO2对流感病毒(H1N1)灭活作用的研究

利用滴度测定和透射电镜观察研究了365 nm的紫外光照射下TiO2对流感病毒(H1N1)的灭活性能, 并结合催化剂样品的XRD分析、 N2气吸附性能测定及其在实验条件下的表面Zeta电势的测量结果, 探讨了催化剂用量、 焙烧温度、 比表面积以及表面电性与灭活性能的关系. 研究结果表明, 400 ℃时焙烧的TiO2对H1N1的灭活性最好; TiO2的表面电性对灭活性有显著影响; TiO2对H1N1的光催化灭活作用首先发生在H1N1的纤突部分, 纤突部分的破坏导致H1N1的失活, 分解直至矿化.      

汞溴红敏化TiO2纳米多孔膜电极的光电化学性质研究

用汞溴红(Mercurochrome)作敏化剂敏化TiO2纳米多孔膜电极,UV-Vis,光电流作用谱和SPS谱表明,该敏化剂能有效地敏化TiO2电极,并且染料聚集体能扩大染料的敏化区间,增加了太阳光的利用效率,对电极施加不同的偏压,测试电极产生的瞬态光电流,研究了偏压对光生电荷转移及复合速率的影响,从不同方向照射电极,对阳极光电流影响显著,结合电化学、光电化学原理对这些现象进行了讨论.     

TiO2纳米粒子膜表面性质的研究

ＴｉＯ_２纳米粒子膜在光催化降解大气和水中的污染物［１］、光电转换［２］、光致变色［３］等方面有广阔的应用前景,近年来受到了科学界的高度重视．研究表明,膜的表面性质对如上应用有着重要影响．本文采用等离子体化学气相沉积法（ＰＥＣＶＤ法）［４］制备了ＴｉＯ２的纳米粒子膜,分别采用ＴｉＣｌ４等离子体或Ｏ２等离子体处理膜表面,获得两种不同表面性质的ＴｉＯ２纳米粒子膜;并利用表面光电压谱（ＳＰＳ）和电场诱导表面光电压谱（ＥＦＩＳＰＳ）技术对膜的表面性质进行具体分析,探讨了其在光催化领域的可能应用．１实验部…     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能. 光催化实验证明, 随着催化剂中金红石含量减少, 催化剂的光催化活性逐渐提高. X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明, 催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构, 并随着金红石含量减少, 催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加, 而且费米能级逐渐提高. 表面羟基和桥氧是有利于光催化的“活性物种”; 费米能级的提高使TiO2/H2O 面处TiO2的表面带弯增大, 导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大, 有效地促进了光生载流子的分离; 这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

TiO2纳米粒子膜的表面态性质及其光催化活性的研究

TiO₂纳米粒子膜催化剂光催化降解水中污染物,与粉末相比具有可重复使用、易回收等优点,近年来,在光化学领域受到人们的高度重视^[1～3].膜催化剂的表面性质与其光催化活性直接相关,研究这些性质能够为研制、开发高效催化剂提供理论依据.本文采用TiCl₄水解法,制备了酸性、碱性条件下TiO₂纳米粒子膜.利用原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射谱(XRD)、红外光谱(IR)和场诱导表面光电压谱(EFISPS)测定其表面微结构.考察了它们对苯酚降解的光催化活性,讨论了膜催化剂的表面性质对光催化活性的影响.     

Photosensitization of TiO2 nanoparticulate thin film electrodes by CdS nanoparticles

Surface photovoltage spectra (SPS) measurements of TiO₂ show that a large surface state density is present on the TiO₂ nanoparticles and these surface states can be efficiently decreased by sensitization using CdS nanoparticles as well as by suitable heat treatment. The photoelectrochemical behavior of the bare TiO₂ thin film indicates that the mechanism of photoelectron transport is controlled by the trapping/detrapping properties of surface states within the thin films. The slow photocurrent response upon the illumination can be explained by the trap saturation effect. For a TiO₂ nanoparticulate thin film sensitized using CdS nanoparticles, the slow photocurrent response disappears and the steady-state photocurrent increases drastically, which suggests that photosensitization can decrease the effect of surface states on photocurrent response. Electronic Publication     

聚乙二醇对TiO2薄膜光致亲水性的促进作用

为了提高TiO₂薄膜的光致亲水性及其持久性, 将聚乙二醇(PEG)2000 引入TiO₂溶胶中, 利用提拉法在载玻片上制备出含PEG的TiO₂薄膜样品, 通过测试样品紫外光照下水滴接触角的变化, 考察不同浓度PEG对TiO₂薄膜光致亲水性能的影响; 并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化, 比较含PEG的TiO₂薄膜和纯TiO₂薄膜样品的亲水持久性. 结果表明: PEG作为一种非离子型长链分子, 其适量的添加可促进TiO₂薄膜的光致亲水性及其持久性. 基于薄膜样品的傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)结果, 认为PEG作为空穴捕获剂有助于TiO₂薄膜中Ti³⁺的生成和稳定存在, 进而有助于亲水中心(表面羟基)的形成. 此研究对于TiO₂光自洁涂料的应用很有意义, 也为研究TiO₂的光激发瞬态行为提供了一个可能的简易方法.     

苯基磷酸联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO2薄膜电极光电性能研究

用有机光敏染料敏化半导体,通过染料分子的吸附功能基团与半导体相互作用,使染料分子与半导体表面之间建立电性耦合,进行有效的电荷转移,可以形成有机-半导体复合新型光电功能材料。联吡啶钌络合物有较强的可见光吸收、氧化还原性能可逆、氧化态稳定性高,是一类性能优越的有机光敏染料。近来许多研究发现,羧酸联吡啶钌的强吸附与TiO₂纳晶薄膜的大比表面相结合,导致光生电荷快速注入TiO₂导带达到有效的电荷分离,得到了接近100%的单色光光电流效率^[1]。为研究联吡啶钌分子的不同吸附功能基团与TiO₂纳晶薄膜表面的相互作用对提高光电性能的影响,本文报道苯基磷酸取代的联吡啶钌络合物敏化纳晶多孔TiO₂薄膜的光电性能。     

低温吸附制备Au-TiO2复合薄膜及其光电化学性质

在低温条件下将预先合成的Au溶胶吸附到TiO₂薄膜上以制备纳米Au-TiO₂复合薄膜,以超高分辨率场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)及X射线光电子能谱(XPS)表征Au-TiO₂膜,并在UV辐照下测定了Au-TiO₂薄膜电极的光电化学性质。纳米Au呈金属态,平均粒径为(4.3±1.2) nm,负载量高,均匀地沉积于TiO₂薄膜表面。光电化学测试表明,沉积纳米Au后,TiO₂电极的光生电流提高近5倍,光生电压明显向负值增大,说明纳米Au可增强光生载流子的分离效率,促进电荷在电极与溶液界面间的转移。Au-TiO₂电极的电荷传递法拉第阻抗(R_ct)是TiO₂电极的一半,说明负载的纳米Au粒抑制了光生电子-空穴的复合,提高了电极中载流子浓度。     

Sn4+掺杂对TiO2纳米颗粒膜光催化降解苯酚活性的影响

金属离子掺杂能改善TiO2纳米微粒光催化活性,在光降解大气和水污染物的研究中,已引起人们的重视[1,2].实验证明,掺杂物的浓度、掺杂离子的分布、掺杂能级与TiO2能带匹配程度、掺杂离子d电子的组态、电荷的转移和复合等因素对催化剂的光催化活性有直接影响[3].Kamat等[4]曾利用TiO2颗粒与SnO2颗粒混合制膜,使光催化剂活性得到提高.但Sn4+掺杂TiO2用于光催化剂尚少见报道.本文采用等离子体化学气相沉积法(PECVD)[5]制备了Sn4+离子掺杂的TiO2纳米颗粒膜催化剂(TiO2-Sn),考察了其对苯酚的光催化降解活性,讨论了Sn4+离子的掺杂方式及光催化活性提高的机理.     

锌离子对壳聚糖复合膜结构和性能的影响

通过在壳聚糖溶液里加入乙酸锌制备Zn2+/壳聚糖复合膜,并利用FTIR、XRD、DSC、DMA和AFM考察了加入不同量Zn2+对壳聚糖复合膜微观结构、表面形貌、结晶性能以及热行为的影响.结果表明,壳聚糖分子中的—NH2、—OH、—NHCO—活性基团和Zn2+发生了配位反应,且随着Zn2+量的增加,有关复合膜表面的粗糙度明显增大.Zn2+的量增加到一定程度后会导致发生明显的相分离,复合膜的储能模量也随之明显下降.     

钛金属有机物热解制备TiO2-SiO2复合膜及其光催化活性研究

混有一定量SiO_2溶胶的钛金属有机化合物膜液通过旋液成膜法制备前驱物膜 ，经热解得到TiO_2-SiO_2复合膜。于610 ℃焙烧15min所得复合膜(Ti:Si=9:1)经 SEM，XRD，UV-vis和XPS研究表明，膜面由30 nm * 200 nm大小的晶体粒子组成， 结构致密，膜厚约200 nm，其可见光透过率为玻璃基质的80%，膜表面Ti~(3+)OH~- 的比值为1.06。对不同SiO_2含量的膜液凝胶进行DSC分析显示，少量的SiO_2就能 显著提高TiO_2锐钛矿型晶相的形成温度。膜的光催化活性研究表明一定量的Fe~ (3+)有利于提高膜的光催化活性，但是如果以氯化物的形式加入则对光催化反应不 利，铬的氯化物同样如此。另外，在钛金属有机物热解制备TiO_2-SiO_2复合膜中 ，溶胶SiO_2不利于光催化反应，但是它可以改善膜的耐磨性。