锂离子电池二氧化钛负极材料

锂离子电池是一种能量密度高、安全稳定和使用寿命长的储能器件,已广泛应用于移动电子设备和电动汽车等领域。二氧化钛(TiO₂)具有无毒害、价格低廉、储量大和化学结构稳定等优点,是一种具有应用前景的负极材料。然而,TiO₂的实际应用受限于自身较低电子电导率和锂离子(Li⁺)扩散系数。本文总结了TiO₂三种常见晶型的储锂机制(锐钛矿TiO₂两相固溶储锂机制、TiO₂(B)本征赝电容储锂机制和金红石TiO₂电位控制相变过程);针对其电子传导和Li⁺扩散能力的不足,详细综述了纳米结构维度设计、本征/非本征电子结构调控(元素掺杂、Ti³⁺自掺杂和高导电材料修饰)和异相结优化改性三方面的研究进展。最后展望了TiO₂材料在锂离子电池及其他二次电池领域的发展趋势和应用前景。     

多孔骨架固定分子催化剂催化CO2加氢制备甲酸研究进展

近年来, 大气中CO₂含量急剧增加, 导致了严重的温室效应. 将CO₂作为C1资源转化为燃料或精细化学品引起了越来越多的关注. 开发高效、 稳定、 可回收利用的催化剂成为CO₂资源化利用的关键. 在众多的CO₂加氢催化剂中, 功能性多孔骨架材料固定型分子催化剂展示出优异的性能, 成为研究的热点之一. 功能性骨架材料, 如多孔有机聚合物(POPs)、 共价有机骨架(COFs)和金属有机骨架(MOFs), 具有比表面积大、 热稳定性高和可调性等特点, 在设计合成催化剂方面发挥着重要作用. 本文介绍了POPs/COFs/MOFs多孔骨架材料固定分子催化剂的开发及在催化CO₂合成甲酸领域的最新进展.     

一维TiO2锐钛矿/金红石异相结的制备及光催化降解甲醛性能

TiO₂异相结主要通过高温方法制备,所制备材料的形貌和组成较难控制,尤其是在较低温度下一步制备一维TiO₂异相结仍具有一定的挑战性。采用简单、方便的一步水热法,在较低温度下(180℃)制备了一维纳米TiO₂异相结材料。X射线衍射(XRD)和高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明,制备的材料以一维金红石相TiO₂纳米棒(长度:(400±50)nm,直径:(60±5)nm)为基本结构,粒径分布均匀的锐钛矿相TiO₂纳米粒子(直径:(9.5±0.5)nm)高密度、单分散地负载在纳米棒上。通过控制水热反应时间成功调控了异相结中锐钛矿相TiO₂的含量(20%~50%),进而实现了其光催化降解HCHO性能的调控。实验结果表明,当锐钛矿相TiO₂的含量为33%时(TiO₂-24,水热时间24 h制备的样品),异相结光催化剂表现出最佳的HCHO降解性能:在低光强LED灯(波长为365 nm,光强为12.26 mW·cm^-2)照射下,浓度约为120 mg·L^-1的HCHO气体在25 min后的降解率达到了92%,实现了高效、快速地去除空气中的HCHO(矿化为CO₂)。稳态荧光光谱和光电化学测试表明,与其他水热时间的样品相比,TiO₂-24具有更高效的光生电荷分离和传输效率。一维TiO₂异相结不仅有利于光生电荷的传输,而且对电荷的分离具有定向驱动作用,使其具有较高的光催化降解HCHO性能。     

TiO2表面光催化基元过程

在过去的几十年里,得益于二氧化钛(TiO₂)作为光催化剂在光催化分解水、污染物降解方面的潜在应用,人们对TiO₂光催化剂的开发、改良以及TiO₂表面光催化机理的基础研究方面都投入了巨大的精力。因此,在超高真空环境下,利用不同的实验和理论方法,人们对TiO₂表面(特别是金红石TiO₂(110)表面)的热催化和光催化过程进行了大量的研究,以此来获得上述重要反应中的一些机理性的信息。本文中,将从TiO₂的物质结构以及电子结构开始,然后着重介绍TiO₂表面光生电荷(电子和空穴)的传输、捕获以及电子转移动力学方面的进展。在此基础上,总结了甲醇在金红石TiO₂(110)、TiO₂(011)以及锐钛矿TiO₂(101)表面光化学基元反应过程的一些实验结果。这些结果不仅能增进我们对表面光催化基元过程的认识,同时也能激励我们进一步去研究表面光催化基元过程。最后,基于现有光化学实验结果,简短地讨论了我们对光催化反应机理的一点看法,并提出了一个可能的光催化模型,这可以引起人们对光催化反应机理更全面的思考。     

混晶TiO2光催化剂的制备及机理研究

本文总结了混晶TiO₂光催化剂的各种制备方法,并将其分为两大类：一类是原位生成混晶,如水热法、溶剂热法、溶胶-凝胶法、微乳液-水热联用方法等;另一类是对两种晶型TiO₂材料进行物理混合或对锐钛矿进行高温煅烧,如溶剂混合-煅烧法、高温煅烧法等。其中,后者操作简单易行、对设备要求不高,但获得的混晶TiO₂易产生硬团聚,严重影响其光催化性能;在实际应用中前者制备的TiO₂材料更具优势。同时,本文还对混晶TiO₂光催化机理的研究历程进行了总结,并对其中存在的争议进行了评述。最后,展望了混晶TiO₂光催化剂在环境和能源领域中的应用。     

TiO2光催化还原CO2

光催化还原CO₂技术在CO₂的治理与利用方面有着潜在的应用价值和良好的开发前景。该文简要综述了近年来用于光催化还原CO₂反应的TiO₂光催化剂材料,包括纯TiO₂催化剂、负载型TiO₂催化剂、金属改性TiO₂催化剂、半导体复合TiO₂催化剂和有机光敏化TiO₂催化剂等,并介绍了各类催化剂光催化还原CO₂的反应性能。     

Ag/TiO2中空纳米纤维光催化材料的制备及表征

以棉花纤维为模板制备了银掺杂的TiO₂中空纳米纤维光催化材料, 利用热重分析(TG)、扫描电子显微镜(SEM)、X光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、Zeta电位、紫外-可见光谱(UV-Vis)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对该材料的形貌、晶体结构、银的状态等特性进行了表征. 以亚甲基蓝(MB)的脱色降解为模型反应, 考察了银掺杂的样品Ag/TiO₂在不同光源下的光催化性能. 结果表明, 所制得的Ag/TiO₂材料保留了棉花纤维的形貌, 且表面带有大量的负电荷|该Ag/TiO₂材料在太阳光条件下的光催化性能显著高于同条件下TiO₂和同材料在紫外光条件下的, 如Ag/TiO₂在太阳光下1.5 h可使MB溶液的脱色降解率在95%以上, 在TiO₂上2.5 h时不足60%, 低于Ag/TiO₂上0.5 h的结果|在紫外光条件下Ag/TiO₂ 3 h时脱色降解率仅为35%. 连续重复使用5次时Ag/TiO₂仍能保证MB溶液的脱色降解率在90%以上|该纤维光催化材料易于离心分离去除、再利用. 因此, 以棉花为模板制备的Ag/TiO₂中空纳米纤维催化材料是一种无能耗、无污染、高活性的绿色环保型光催化材料.     

TiO2多孔纳米固体对罗丹明B的热催化降解作用

以我们研制的体块TiO₂多孔纳米固体为原料,通过强制交换方法,将罗丹明B (RhB)组装进TiO₂多孔纳米固体的孔道中制备了TiO₂/RhB复合材料,用扫描电子显微镜、压汞仪、红外吸收光谱和可见吸收光谱等方法对样品进行了表征.测试结果表明,TiO₂多孔纳米固体的比表面积为60.6 m²/g,主要孔径分布在5～13 nm很窄的范围内.另外,我们从实验上观察到了TiO₂多孔纳米固体在无光照的情况下对RhB具有催化降解作用,而且交换时间、交换温度等因素对这种降解作用有明显的影响.     

TiO2-SiO2复合氧化物的制备及在液相氧化中应用的研究进展

TiO₂-SiO₂复合氧化物是一种新型催化剂,因其在液相氧化方面有着高效的催化能力,而逐渐受到广泛关注。本文详细介绍了近年来国内外TiO₂-SiO₂复合氧化物的制备方法（如化学沉淀法,溶胶-凝胶法,非水解溶胶-凝胶法和水热法）及其对复合氧化物材料孔结构,元素分布均匀程度影响的研究进展。同时总结了近年来TiO₂-SiO₂复合氧化物在催化氧化方面的应用,并提出了TiO₂-SiO₂复合氧化物今后研究需关注的问题。     

TiO2与碳纳米管的复合及光催化协同作用*

TiO₂与碳纳米管均是近15年来最受关注的功能材料。将TiO₂与碳纳米管复合构建的TiO₂/碳纳米管兼有两种材料的特点及优点,在许多领域得到广泛研究。本文基于国内外最新研究进展,系统综述了近年来逐步建立起来的制备TiO₂/碳纳米管的方法,着重介绍了混合法、化学气相沉积法、静电纺丝法、溶胶-凝胶法、水热溶剂热法等几种比较主要的方法。并且以TiO₂ /碳纳米管在光催化领域的应用研究为侧重点,详细分析了碳纳米管在促进TiO₂光生电子-空穴分离、增强可见光吸收等方面的协同作用。文章最后指出相关研究中有待解决的问题,并对此类材料的发展趋势做了展望。     

TiO2-supported Single-atom Catalysts: Synthesis,Structure, and Application

In recent years, single-atom catalysts(SACs) have attracted increasing attention in catalysis. However, their stability is considerably challenging. As a result, fine-tuning the interaction of metal single atoms(SA) with different types of supports has emerged as an effective strategy for improving their thermal and chemical stabilities. Owing to its non-toxicity, cost-effectiveness, high abundance, and excellent stability, as well as presence of rich, tunable, and reliable anchor sites for metal SA, TiO₂ has been extensively explored as a superior support for SACs. In this review, recent advances of TiO₂-supported SACs(M₁/TiO₂) are discussed, and synthetic strategies, structure elucidation, and catalytic applications are summarized. First, the recently developed synthetic strategies for M₁/TiO₂arehighlighted and summarized, identifying the major challenges for the precise fabrication of M₁/TiO₂. Subsequently, key characterization techniques for the structure identification of M₁/TiO₂are discussed. Next, catalytic applications of M₁/TiO₂ are highlighted, viz. photocatalysis, electrocatalysis, and thermocatalysis. In addition, the mechanism via geometric structures and electronic states of metal centers facilitate catalytic reactions is outlined. Finally, opportunities and challenges of M₁/TiO₂ in catalysis are discussed, which may inspire the future development of M₁/TiO₂ for multifunctional catalytic applications.     

Effect of defects in TiO2 nanoplates with exposed {001} facets on the gas sensing properties

The gas-sensing properties and mechanism of anatase TiO₂ with complete and defective {001} facets were explored and compared, which provides a more direct evidence for the high sensitivity of TiO₂ with the complete {001} crystal facets.     

Fabrication of porous graphitic carbon nitride-titanium dioxide heterojunctions with enhanced photo-energy conversion activity

Porous graphite-phase polymeric carbon nitride (GPPCN)/TiO₂ donor-acceptor heterojunction was facilely fabricated through the combination of a template technique with a co-calcination process, which exhibited much higher photoelectric activity compared to pristine carbon nitride and TiO₂. The precursor of porous GPPCN (pGPPCN), porous melem, was prepared by using a green template, calcium carbonate, which could be easily removed by diluted hydrochloride. The pGPPCN/TiO₂ heterojunction was then obtained by the assembly and subsequent co-calcination of TiO₂ nanoparticles with porous melem. The formation of pGPPCN/TiO₂ donor-acceptor heterojunction prepared by this method showed improved surface area and light absorption. Moreover, the composite presented much higher photo-energy conversion activity than those of GPPCN, pGPPCN and TiO₂, which could be mainly ascribed to the high charge carrier separation efficiency. This study provides a new approach for the design and development of various photocatalysts with high efficiency for applications in energy fields.     

有序介孔TiO2的合成及光解水产氢应用

二氧化钛(TiO₂)材料由于其低成本、 天然丰度高、 对环境友好、 具有良好的化学稳定性和优异的光学性能越来越受到关注. 其中, 有序介孔TiO₂材料因其高比表面积、 大的孔体积、 可调的孔结构和形态, 在物理、 化学和材料科学等方面得到广泛应用. 本文总结了通过合理控制钛前体水解和交联速率合成有序介孔TiO₂材料的重要进展, 同时讨论了其在光催化分解水产氢方面的应用, 并对该领域的发展趋势和所面临的挑战提出了展望.     

The gas sensing properties of TiO_2 nanotubes synthesized by hydrothermal method

In this paper,the TiO₂ nanotubes were synthesized by hydrothermal method using a 10 mol/L NaOH aqueous solution at 150℃. The structure of prepared materials was characterized by X-ray diffraction（XRD）,transmission electron microscopy（TEM）. scanning electron microscope（SEM） and Brunauer-Emmett-Teller（BET）.The prepared TiO₂ nanotubes were used to prepare thick film gas sensors and the gas sensing properties to various gases were tested.Results show the prepared TiO₂ nanotube gas sensors responses to ethanol under dry condition at 450℃.This could be attributed to the fact that it had high porous morphology and a higher pore volume,which can promote the diffusion of ethanol deep inside the films and improve the sensor response. Moreover,the gas sensor made with nanotubes exhibit high selective response towards ethanol gas compared with H₂,CO,acetone.     

镶嵌于NH2-MIL-125 (Ti)衍生氮掺多孔碳中的花状超细纳米TiO2作为高活性和稳定性的锂离子电池负极材料

由于具有高安全性和优异的循环稳定性,二氧化钛(TiO₂)作为负极材料被广泛地应用于锂离子电池领域。但是较差的导电性和离子传输速率限制了TiO₂的进一步应用和发展。鉴于此,我们以花状NH₂-MIL-125 (Ti)为前驱体和硬模板,成功合成出了具有花状结构的超细纳米TiO₂/多孔氮掺杂碳片(N-doped porous carbon)复合物(记为FL-TiO₂/NPC)。过程中所制备的纳米TiO₂-金属有机构架(Ti-MOF)展现出由二维褶皱多孔纳米片堆积、组装而成的花状结构。一方面,二维褶皱纳米片包含TiO₂纳米颗粒可以增大活性物质与电解液的接触面积;另一方面,氮掺杂多孔碳基体可以提高整体复合物的导电性和结构完整性。将所获得的FL-TiO₂/NPC作为负极组装成的锂半电池, 在0.5 A·g^-1、300圈后仍有384.2 mAh·g^-1以及在1 A·g^-1、500圈仍有279.1 mAh·g^-1的比容量。进一步性能测试表明,在2 A·g^-1、2000圈长循环测试后,其仍能保持256.5 mAh·g^-1的比容量和接近100%的库伦效率。该优异的电化学活性和稳定性主要起源于材料独特的花状结构。我们的合成策略为今后制备高储锂性能的金属氧化物/多孔氮掺杂碳负极提供了一种新的思路。     

Research progress of photocatalysis based on highly dispersed titanium in mesoporous SiO2

This paper reviewed the TiO₂-SiO₂ and Ti-SiO₂ mesoporous materials and their applications in photocatalysis.     

在TiO2纳米阵列上电沉积RuO2用于CO2电还原

传统上,RuO₂/TiO₂复合电极制备是通过在TiO₂/Ti基体上多次涂覆含Ru前驱体溶液和随后热分解（TD）来实现的. 为克服上述方法中Ru用量大和利用率低之不足, 本工作主要基于循环伏安法（CV）在TiO₂纳米管阵列（TNA）上电沉积RuO₂制备RuO₂^CV/TNA复合电极. SEM、GIXRD和CV结果表明, 电沉积的RuO₂为无定型结构, 所制备电极中的Ru用量约为传统的RuO₂^TD/TNA电极中Ru用量的1/30. 尽管两电极催化CO₂还原产物的法拉第效率接近, 但是RuO₂^CV/TNA电极比RuO₂^TD/TNA电极展示了更高的还原电流, 较正的初始还原电位和更好的稳定性. 与磷酸盐缓冲溶液中电还原CO₂相比,RuO₂^CV/TNA电极在0.1 mol•L^-1 KHCO₃中电还原CO₂除生成更高法拉第效率的甲酸根和甲烷外,还检测到CO的生成.     

ZnSe/MoO_3/TiO_2复合膜的制备及其光生阴极保护效应

针对TiO_2半导体不能有效吸收可见光,光电转换效率较低等问题,可通过对TiO_2半导体进行修饰和改性,制备TiO_2复合材料,提高其光电化学性能。因此,本工作以Ti表面制备的TiO_2纳米管膜为基础,分别应用循环伏安电沉积法和脉冲电沉积法在膜表面先后沉积MoO3和ZnSe颗粒,获得具有级联能带结构的ZnSe/MoO3/TiO_2纳米管复合膜,并将其应用于对403不锈钢(403SS)实施光生阴极保护。相较于纯TiO_2纳米管膜,紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和光致发光(PL)谱测试表明,ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的吸收边红移,在可见光区具有良好的光吸收性能,光生载流子复合得到更有效抑制。光电化学测试表明,白光照射下,处于0.5 mol·L~(-1) KOH溶液中的ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的光电流密度达到了同条件下纯TiO_2膜的2倍,可使与之耦连的浸泡于0.5 mol·L-1 NaCl溶液中的403SS电极电位下降470 mV,显示出良好的光生阴极保护效应。复合膜还具有一定的储能特性,在光照后又转为暗态的22.5 h内仍对403SS具有一定阴极保护作用。