具有锐钛矿骨架结构TiO2介孔分子筛的合成

在“酸-碱对”合成高度有序TiO₂介孔分子筛的基础上, 引入具有促进质子转移作用的硝基甲烷作为晶化助剂, 增强了合成体系中无机-无机之间相互作用力. XRD, TEM, BET, UV-Vis表征表明, 成功合成了骨架为锐钛矿的高度有序TiO₂介孔分子筛. 研究发现, 适量晶化助剂是成功合成的关键.     

低浓度液体酸介质中快速合成SBA-15分子筛

通过在低浓度无机液体酸介质中添加少量磷钼酸(HPMo), 成功地合成了高度有序的SBA-15介孔分子筛. N₂吸附-脱附、XRD、TEM和水热稳定性实验等检测结果表明: 用这种方法不仅可以大幅度降低合成SBA-15分子筛所需液体酸的用量和缩短晶化时间, 同时反应产物SBA-15在100 ℃的水中处理72 h后仍然保持六方有序的介孔结构.     

简易模板剂法制备多级介孔TiO2微球及其在染料敏化太阳能电池中的性能

采用模板剂法一步合成分级结构的介孔TiO₂微球, 考察了烷基胺类模板剂中烷基链长度对介孔TiO₂微球合成及性能影响. 将其应用于染料敏化太阳能电池的光阳极半导体薄膜中, 得到了9.5%-10.1%的高能量转换效率. X射线衍射(XRD)、物理吸附仪(BET)、扫描电镜(SEM)等的分析结果表明: 分级结构介孔TiO₂微球的晶相为纯锐钛矿型; 介孔TiO₂微球表面粗糙, 的纳米粒子堆积形成, 使微球具有介孔性质和较适宜的比表面积. 介孔TiO₂微球堆积形成了利于物质扩散的通道并具有良好的光散射效果; 同时微球介孔粗糙表面保证了染料的大量吸附, 从而提高了电池的光电流. 通过电化学阻抗分析结果验证了分等级结构介孔TiO₂微球光阳极有利于电解液的传输和物质扩散的优异性能.     

核壳结构TiO2@SiO2催化碳酸二甲酯与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯

以反相微乳液法和沉淀法相结合制备了核壳结构TiO₂@SiO₂,首次用于碳酸二甲酯与苯酚酯交换合成碳酸二苯酯反应,显示较好的催化活性. 采用200 ℃焙烧的TiO₂@SiO₂,用量0.20 g,反应9 h,苯酚转化率达41.8%,酯交换选择性为100%. 透射电镜显示TiO₂@SiO₂核厚壳薄,TiO₂核直径220-300 nm,SiO₂壳厚度40-60 nm,具有介孔结构. TiO₂@SiO₂对碳酸二甲酯与苯酚酯交换反应有好的重复使用性,使用4次苯酚转化率仍保持在40%以上. TiO₂与SiO₂发生相互作用,Ti进入骨架形成Ti-O-Si键,骨架Ti的形成提高了TiO₂@SiO₂的催化性能.     

Tb(DBM)3phen/APTES-SBA-15介孔复合体系的制备与表征

以三嵌段化合物P123为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源合成了有序介孔分子筛SBA-15. 选择Tb(DBM)₃phen为客体, 纳米级介孔分子筛为主体, 在氯仿中进行分子组装, 制备具有强发光性能的超分子纳米复合材料Tb(DBM)₃phen/APTES-SBA-15. 采用XRD, HRTEM, N₂吸附/脱附, FTIR和荧光光谱分析等对复合材料的结构与性能进行了研究.     

Tb(DBM)3phen/APTES-SBA-15介孔复合体系的制备与表征

以三嵌段化合物P123为模板剂、正硅酸乙酯(TEOS)为无机硅源合成了有序介孔分子筛SBA-15. 选择Tb(DBM)₃phen为客体, 纳米级介孔分子筛为主体, 在氯仿中进行分子组装, 制备具有强发光性能的超分子纳米复合材料Tb(DBM)₃phen/APTES-SBA-15. 采用XRD, HRTEM, N₂吸附/脱附, FTIR和荧光光谱分析等对复合材料的结构与性能进行了研究.     

苯官能化MCM-41的合成、表征、磺酰化及与二胺的反应

以三乙氧基硅基苯((C₂H₅O)₃Si-Ph，（(triethoxysilyl)benzene，TESB)以及正硅酸乙酯（TEOS）的混合液为硅源，以溴代十六烷基吡啶(CPBr)为模板剂，在HCl介质中合成了苯官能化的有机-无机杂化介孔分子筛MCM-41。对合成的分子筛用FT-IR、PXRD、TEM、N₂吸附-脱附等手段进行了表征。结果表明，合成的苯官能化的有机-无机杂化介孔分子筛具有良好的介孔孔道结构。用三甲基氯硅烷对分子筛表面的Si-OH进行了封端处理，用氯磺酸对合成的苯官能化的有机-无机杂化介孔分子筛进行了磺酰化，并与各种二胺进行了反应。     

两段变温法水热合成多级孔ZSM-5分子筛及其催化裂化性能

以四丙基氢氧化铵（TPAOH）为单一模板剂,采用低温老化、高温晶化2段变温法合成出了球状多级孔ZSM-5分子筛。利用XRD、FT-IR、NH₃-TPD、SEM、TEM以及氮气吸-脱附等测试对合成样品进行了表征。结果表明：直径约为2 μm左右的球状多级孔ZSM-5分子筛颗粒内的晶间介孔和大孔主要由棒状纳米晶堆积而成的,该产品具有较大的比表面积和介孔孔容。同常规水热法一步合成的微孔ZSM-5分子筛相比,2段变温法合成的多级孔ZSM-5分子筛具有更高的B酸/L酸比例（C_BP/C_LP）、强酸/弱酸比例（C_s/Cw）以及活性位可接近性指数（ACI）。催化裂化评价结果显示,得益于活性位可接近性指数等指标的提高,球状多级孔ZSM-5分子筛比常规合成的微孔ZSM-5分子筛具有更高的转化率和丙烯收率等优异的催化性能。     

染料敏化太阳能电池中大孔TiO2薄膜电极的制备及应用

采用溶胶-凝胶水热法制备了TiO₂纳晶薄膜电极，晶型为锐钛矿型。为了提高电极的光电性能，利用聚苯乙烯小球做造孔剂，制备了含有大孔隙的TiO₂纳晶薄膜电极，孔径约为200 nm，该电极具有较好的光漫反射性能，更重要的是球形大孔的存在，提高了凝胶电解质在TiO₂薄膜电极中的渗透和I₃^-离子的扩散性能，与不含大孔的TiO₂电极相比，电池的短路光电流提高约2 mA·cm^-2，光电转换效率提高0.6%。     

晶种导向干凝胶法制备成型ZSM-5分子筛

在干凝胶法制备ZSM-5 分子筛的体系中添加晶种导向剂, 控制分子筛的生长, 制备了纳米沸石组装的无粘结剂成型多级孔ZSM-5 分子筛, 一步完成纳米分子筛的制备及组装成型, 即克服了传统纳米粒子难以过滤分离的问题, 同时组装所形成的多级孔有助于改善分子在催化剂内的扩散, 从而提高催化反应效率. 以硅胶、薄水铝石为原料, 四丙基氢氧化铵(TPAOH)和ZSM-5 晶种导向胶作为粘结剂, 通过混捏、挤条得到直径2 mm的条状前驱物, 随后通过干凝胶转换法制备成型分子筛. 所用晶种导向剂组成为0.35TPAOH:1SiO₂:20H₂O:4C₂H₅OH. 通过X射线衍射(XRD), 热重(TG)分析和傅里叶变换红外(FTIR)光谱等方法对分子筛晶化过程进行了表征, 结果表明晶种导向剂加入量对分子筛生长速度及多级孔结构均有影响. 当所加晶种导向剂中TPAOH与SiO₂的摩尔比为0.025时, 经过3 h晶化, 分子筛相对结晶度达到100%. 扫描电镜(SEM)结果表明, 合成的分子筛尺寸约为200 nm, 组装形成的多级孔分子筛的介孔体积为0.28 cm³·g^-1. 通过NH₃ 程序升温脱附(NH₃-TPD)考察了所得成型分子筛的酸性, 发现该分子筛酸性与市售的粉末H-ZSM-5分子筛类似.     

超声波制备介孔结构的氮掺杂TiO2纳米晶及其可见光催化性能

采用超声波辐射法制备了具有介孔结构的高浓度氮掺杂TiO₂纳米晶(N/TiO₂).采用N₂物理吸附、X射线粉末衍射、X射线光电子能谱、透射电镜、光致发光谱和紫外-可见漫反射光谱等手段对N/TiO₂进行了表征.以波长为400~660nm的可见光为光源,以水体污染物邻苯二甲酸二甲酯为降解对象,考察了不同制备方法对N/TiO₂光催化性能的影响.结果表明,超声波辐射使氮掺杂浓度提高了2.2倍,该法制备的N/TiO₂同时具有较好的介孔结构,表现了更高的光催化降解邻苯二甲酸二甲酯的活性.其活性提高的主要原因是N/TiO₂含有更高浓度的氮和对可见光具有更强的吸收能力.     

石墨烯助剂与Ni(Ⅱ)活性位点协同增强TiO2制氢性能

采用水热法和低温浸渍法制备了电子助剂还原石墨烯(rGO)和界面活性位点Ni(Ⅱ)共修饰的高效TiO₂光催化剂(简称Ni(Ⅱ)/TiO₂-rGO)。制氢性能测试结果表明：相比于TiO₂和单独还原石墨烯复合的TiO₂,经还原石墨烯与Ni(Ⅱ)协同修饰后的TiO₂表现出更高的光催化制氢性能。其中,Ni(Ⅱ)/TiO₂-rGO(0.1 mol·L^-1)具有最高制氢性能,制氢速率达到77.0 μmol·h^-1,分别是TiO₂(16.4 μmol·h^-1)和TiO₂-rGO(28.0 μmol·h^-1)的4.70倍和2.75倍。还原石墨烯助剂与Ni(Ⅱ)活性位点协同增强制氢性能的原理是：还原石墨烯作为电子助剂可以快速捕获和传输电子,Ni(Ⅱ)作为界面活性位点可以从溶液中捕获H⁺,提高界面反应速率,2种助剂协同作用加快了TiO₂上的光生电子-空穴对的有效分离。     

中空Ta2O5/TiO2复合光催化剂的可控氧化制备及性能

以钛粉、钽粉为原料,炭黑作为反应性模板,通过熔盐法在炭黑表面原位生长了TaTiC₂纳米碳化物涂层,并以所得TaTiC₂/C复合物为碳化物前驱体,再经可控氧化制备出中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂。采用X射线粉末衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外-可见（UV-Vis）漫反射（DRS）及N₂物理吸附等手段对所制备的光催化剂进行形貌、显微结构及孔结构表征。以高压汞灯为紫外光源,以亚甲基蓝为目标降解物,通过光催化降解实验评价中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂的光催化活性。结果表明,熔盐法生长碳化物涂层厚度均匀（20~30 nm）,碳化物主要以TaTiC₂晶相存在且具有纳米级的颗粒尺寸。中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂同时具有200 nm左右的中空大孔结构及壳层10 nm左右的介孔结构。中空大孔和介孔的存在提高了所制备催化剂对亚甲基蓝的吸附能力。此外,TiO₂与Ta₂O₅通过电子能带结构的耦合,有效提高了光生电子和空穴的分离效率,从而显著提高了光催化活性。n_Ti∶n_Ta=2.5∶1.5时,相应的中空Ta₂O₅/TiO₂复合光催化剂表现出最佳的光催化活性,对亚甲基蓝的紫外光催化降解率高达97%。     

气相燃烧合成纳米复合粒子的形态与结构

在气相燃烧反应器中成功地合成了TiO₂-SiO₂、TiO₂-SnO₂复合粒子。TiO₂-SiO₂复合粒子中TiO₂以金红石型和锐钛型存在，SiO₂以无定型的形式存在。复合结构为SiO₂附着于TiO₂的外部，在Ti∶Si的进料比较大时SiO₂附着于TiO₂的表面，Ti∶Si比值减小到1∶4时，SiO₂包覆全部TiO₂表面。包覆层的厚度大约为6～7nm。TiO₂-SnO₂的复合粒子中同时存在着三种晶体结构SnO₂、金红石型和锐钛型的TiO₂。在复合粒子的表面，TiO₂和SnO₂两种组分分布均匀。通过改变进料方式可以调整复合粒子的结构。     

微孔/介孔复合分子筛的合成及其对CO2的吸附性能

采用两步晶化法将合成的沸石前驱液(S)或沸石固体粉末(P)经不同浓度(c)的NaOH处理后, 分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)软模板或介孔炭(Meso-C)硬模板为导向剂, 自组装合成S-β-MCM41(c)、P-β-MCM41(c)、P-ZSM-MCM41(c)、P-ZSM-C系列微孔/介孔复合分子筛. 考察了沸石分子筛种类、碱处理液浓度以及介孔模板剂对合成复合分子筛结构与性能的影响. X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和氮气吸附-脱附表征结果表明产物具有微孔/介孔多级孔结构. 该材料对CO₂的吸附能力比纯微孔或介孔材料均有明显提高, 其中P-ZSM-MCM41(2)的CO₂吸附容量最大可达1.51 mmol·g^-1, 为ZSM-5沸石吸附量的两倍多.     

系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的合成和表征

以自制不对称双子季铵盐表面活性剂为模板, 在水热合成体系中控制合成系列硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛.采用X射线衍射(XRD)、N₂吸附-脱附、X射线荧光光谱(XRF)、扫描电镜(SEM)和²⁷Al魔角旋转核磁共振(²⁷Al MAS-NMR)对合成的样品进行了表征. 详细研究了晶化温度、晶化时间、结构导向剂(SDA)用量、碱度等对合成的影响和纳米薄层ZSM-5分子筛的形成过程. 结果表明: 分子筛硅铝比越高, 结构导向剂用量越大, 所需的晶化时间越短; 晶化温度越高, 晶化时间越短; 且不同硅铝比纳米薄层ZSM-5分子筛的形貌规整度、比表面积和介孔/微孔孔容比例随着硅铝比而变化.     

Si掺杂TiO2纤维的溶胶-凝胶法制备及其光催化活性

采用溶胶-凝胶法并结合水蒸气活化制备了Si掺杂TiO₂纤维, 通过TG-DSC, XRD, FT-IR, UV-Vis-DRS, N₂吸附-脱附, SEM等手段对纤维样品的结构参数及其表面形貌进行了表征, 并以活性艳红X-3B模拟废水体系评价了其光催化活性．结果表明, 与纯TiO₂产物相比, 适量Si掺杂制得的产物是具有丰富介孔结构的TiO₂长纤维, 不仅热稳定性和晶型稳定性俱佳, 而且光催化活性得以显著提高, 经900 ℃热处理后仍能保持结晶完好的锐钛矿相; 在Si/Ti摩尔比为0.15时, 其比表面积和孔容最大, 光催化活性最佳, 该纤维作为光催化剂反应75 min, 水中X-3B的降解率可达99.6%.     

纳米TiO2介孔薄膜的模板组装制备研究

以TiCl₄为无机前驱体、三嵌段高分子共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀为模板剂，在非水条件下制备了有序的锐钛矿TiO₂纳米晶介孔薄膜。通过热重-差热（TG-DTA）分析、X射线衍射（XRD）分析、原子力显微观察（AFM）及N₂吸附-脱附等测试对样品进行了表征。结果表明，薄膜具有均一的大介孔孔径（～10 nm），其BET比表面积为150 m²·g^-1，薄膜较宽的无机壁厚显著提高了介孔结构的热稳定性。通过红外（IR）光谱分析考察了溶胶-凝胶过程中发生的物理化学变化。在对薄膜表面形貌进行AFM观察的基础上初步探讨了嵌段共聚物EO₂₀PO₇₀EO₂₀对薄膜孔结构形成的导向机理。     

可重复使用的有序介孔碳-氧化钛吸附-光催化剂用于去除水中苯酚

制备了有序介孔碳-氧化钛吸附-光催化剂,利用可见光高效降解水中苯酚.为去除水中高浓度苯酚,设计了吸附-光催化循环,即暗条件吸附8h,分离催化剂和将固体催化剂置于可见光下辐照8h.经过10次循环,水中高浓度苯酚(200mg/L)几乎可被完全降解.详细讨论了TiO₂晶格中非金属掺杂、介孔碳壁对TiO₂纳米颗粒聚集的阻抑作用、介孔孔道吸附苯酚性能等因素对吸附-光催化剂性能的影响.有序介孔碳-氧化钛复合体有效地结合了物理吸附和光化学降解技术,有望用于降解水中难生物降解的高浓度有机污染物.     

Si掺杂TiO2纤维的溶胶-凝胶法制备及其光催化活性

采用溶胶-凝胶法并结合水蒸气活化制备了Si掺杂TiO₂纤维, 通过TG-DSC, XRD, FT-IR, UV-Vis-DRS, N₂吸附-脱附, SEM等手段对纤维样品的结构参数及其表面形貌进行了表征, 并以活性艳红X-3B模拟废水体系评价了其光催化活性．结果表明, 与纯TiO₂产物相比, 适量Si掺杂制得的产物是具有丰富介孔结构的TiO₂长纤维, 不仅热稳定性和晶型稳定性俱佳, 而且光催化活性得以显著提高, 经900 ℃热处理后仍能保持结晶完好的锐钛矿相; 在Si/Ti摩尔比为0.15时, 其比表面积和孔容最大, 光催化活性最佳, 该纤维作为光催化剂反应75 min, 水中X-3B的降解率可达99.6%.