阳极氧化法制备TiO2纳米管及其光催化性能

纳米TiO₂对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术。本文采用阳极氧化法制备出TiO₂纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响。结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO₂纳米管,管径约为60~74 nm。样品经400 ℃煅烧,TiO₂晶型主要为锐钛矿相;经500 ℃煅烧,出现少量金红石相;经700 ℃煅烧,晶型全部为金红石相。具有良好形貌的TiO₂纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力。当亚甲基蓝初始浓度为10 mg·L^-1,经500 ℃煅烧的TiO₂纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%。亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30。     

添加NaBF_4对阳极氧化法制备TiO_2纳米管光催化剂的影响

在阳极氧化电解液中添加Na BF4制得了具可见光活性的B掺杂TiO_2纳米管阵列(B/TNTs)。采用扫描电镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)以及X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,以亚甲基蓝(MB)的光催化降解为目标反应评价其光催化活性。结果表明:添加Na BF4后,TiO_2纳米管表面形貌变化较大;B掺入到TiO_2晶格中形成B-O-Ti键;B掺杂使得TiO_2纳米管表面羟基量增加、光学带隙能减小、光吸收阀值红移,且B掺杂量越多,其相应值的变化量越大;B掺杂能促进TiO_2锐钛矿相的发育,纳米管经550℃煅烧后仍保持未掺杂样品的锐钛矿相结构;Na BF4的最佳添加量为0.6%(w/w)时,所得样品光催化活性最佳,可见光下光催化降解MB的4 h降解率由未添加的39.90%提高至75.15%,且反复使用10次后其光催化性能基本保持不变;总有机碳(TOC)分析结果表明,MB在可见光下能被B/TiO_2有效矿化。     

MgAl层状双金属氧化物负载TiO_2光催化降解亚甲基蓝的性能研究

采用共沉淀法将锐钛矿型二氧化钛(TiO_2)负载于镁铝层状双金属氢氧化物(MgAl-LDH)上,再经一定温度煅烧得到TiO_2/MgAl层状双金属氧化物(TiO_2/MgAl-LDO).采用X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、紫外可见漫反射光谱等对TiO_2/MgAl-LDO的形貌、晶体结构及光学性质等进行了表征.以亚甲基蓝溶液模拟染料废水,在300 W的氙灯照射下,探讨了TiO_2/MgAl-LDO光催化降解亚甲基蓝的性能.结果表明,TiO_2的负载量约为50%时,催化剂表现出最佳的光催化降解亚甲基蓝性能.     

煅烧温度对铽掺杂纳米二氧化钛及光学性能的影响

以钛酸丁酯为原料,通过溶胶-微波法对纳米TiO_2进行掺杂复合改性,提高纳米TiO_2的光催化性能。采用SEM、TEM、XRD、XPS等手段研究了煅烧温度对溶胶-凝胶法制备的纳米Tb/TiO_2复合颗粒的晶型、形貌及光催化性能的影响。结果表明:当煅烧温度为500℃时,纯纳米TiO_2降解率最优为50.2%,纳米Tb/TiO_2复合颗粒降解率最优为75.1%,此时稀土铽掺杂量为0.50%,晶粒尺寸为8.9nm左右,其光学性能明显提高。合适的煅烧温度和稀土掺杂量能有效的提高纳米TiO_2光催化性能。分析发现,稀土Tb的掺杂拓宽了TiO_2的光响应范围,延迟晶型转变,提高TiO_2的热稳定性,此外还能抑制TiO_2晶粒的生长;纳米Tb/TiO_2复合颗粒为纯锐钛矿相,随着煅烧温度的升高,纳米TiO_2团聚加剧,比表面积降低,锐钛矿相向金红石相转变,光催化活性降低。     

晶相组成可调的高活性可见光应答型二氧化钛纳米复合光催化材料的制备

采用新的化学溶液法,通过不同体积的钛酸四异丙酯的2-乙二醇单乙醚溶液与一定浓度的H₂O₂水溶液直接反应并对生成的钛过氧化配合物进行焙烧,制备了一系列TiO₂光催化剂. 表征发现,所得TiO₂样品为金红石和锐钛矿的纳米复合晶体,改变2-乙二醇单乙醚的体积可实现金红石相比例在0~96%广范围的调变.与商业二氧化钛P-25相比,所得的TiO₂紫外-可见光吸收谱出现明显红移,间隙能降低, 在可见光照射下,该样品对亚甲基蓝有良好的降解活性. 当2-乙二醇单乙醚的添加量为5 ml时,所得样品体相中金红石相比例接近50%,其光催化活性和吸附性能最好,可分别是P-25的3倍和5倍. 拉曼光谱结合X射线衍射等表征结果表明,该样品的表面仅含少量的金红石相. TiO₂纳米复合晶表面晶相的组成和分布对其光催化降解亚甲基蓝的活性及其吸附能力有直接的影响. 另外,TiO₂纳米复合晶的缺陷浓度也是增强其光吸收能力,提高其可见光光催化活性的原因之一.     

大豆蛋白改性TiO_2的制备及其可见光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了系列大豆蛋白改性TiO_2复合催化剂.通过元素分析、粒度分析、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)、电化学等方法对所制备的样品进行了表征,以亚甲基蓝为目标降解物,研究了大豆蛋白改性TiO_2的可见光催化性能.结果表明,大豆蛋白改性可以一步实现C、N、H多种非金属元素共掺杂;相比纯TiO_2,改性后复合催化剂的比表面积增大;所有样品均为锐钛矿相;煅烧温度为400℃时,复合催化剂的可见光吸收发生明显红移,其禁带宽度较纯TiO_2窄化了0.32 e V;大豆蛋白改性后,复合材料的光电流密度增大;在可见光照射下,光催化反应2 h时,大豆蛋白改性TiO_2的亚甲基蓝降解效率最高可达79.4%.     

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/氧化石墨烯光催化降解亚甲基蓝性能研究

理想的石墨烯具有二维平面结构,其具有良好的机械性能、热导率、高电子迁移率和量子霍尔效应。本文以改进的Hummers法制得氧化石墨烯(Graphene Oxide),超声处理和水热法制备了氧化石墨烯(GO)负载量分别为1.0 wt%、1.5 wt%,2.0 wt%,2.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,并通过XRD、TEM等表征手段观察了复合材料的晶相和结构,探讨光催化降解亚甲基蓝性能。结果表明:较之TiO_2,复合材料均具有更大的表面积、更好的亲水性和更强的光催化性能;反应浓度均为2 g·L~(-1)的复合材料,光催化降解10 ppm亚甲基蓝,氧化石墨烯负载量为1.5 wt%的TiO_2/GO复合材料,1 h光催化降解率可达86%,效果最佳。TiO_2/GO复合材料吸附容量大,稳定性良好,能够高效光催化降解偶氮型染料,有望在进一步改良性能后广泛应用于降解工业废水领域。     

铈掺杂TiO_2多孔材料的制备及光催化性能

本文以钛酸四丁酯(TBOT)为钛源、六水硝酸铈为铈源、非离子表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚(OP乳化剂)为模板剂采用模板法制备了锐钛矿相TiO_2多孔材料.利用X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等手段对所制备样品进行表征.以亚甲基蓝(MB)为目标降解物,研究了其光催化性能.结果表明,所制得的Ce掺杂的TiO_2多孔材料具有锐钛矿骨架,且当Ce掺杂量为0.01%,煅烧温度为500℃时制备的样品在光催化降解60min后,降解率达到了90.53%.     

超声微乳法合成TiO2-SiO2催化剂可见光光催化降解亚甲基蓝

采用可见光下亚甲基蓝的光催化降解为模型反应,考察了超声微乳法经钛酸丁酯水解合成的纳米TiO2-SiO2催化剂的性能,并用XRD和BET对催化剂进行了表征。结果表明:硅胶的加入有效地提高了TiO2-SiO2催化剂的热稳定性,抑制了热处理过程中TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变和晶粒的长大。随着焙烧温度和TiO2含量的增加,TiO2的晶粒变大,但比表面积减少。TiO2-SiO2的光催化活性明显改善,可见光照射120min,31%TiO2/SiO2催化剂存在下,有84%亚甲基蓝光催化降解。31%TiO2/SiO2催化剂光降解亚甲基蓝的能力大大优于Degussa P-25和纯TiO2,其降解亚甲基蓝的反应速率常数分别为P-25和纯TiO2的8倍和10倍。     

光电流法研究TiO2薄膜表面吸附氧对光催化活性的影响

采用溶胶-凝胶法制备了锐钛矿型和金红石型TiO2薄膜, 利用光电流和XPS技术研究了薄膜表面吸附氧对不同晶型TiO2光催化活性的影响. 并通过降解纯的环己烷溶液的实验来评估不同晶型TiO2的光催化活性. 结果表明, 在相同条件下, 锐钛矿型TiO2比金红石型具有明显的光催化活性. 这是由于锐钛矿型TiO2比金红石型TiO2具有较强的吸附氧的能力, 同时其光生电子与空穴的复合率相对较小所致.     

The effect of annealing temperatures on surface properties,hydroxyapatite growth and cell behaviors of TiO2 nanotubes

Well‐ordered TiO₂ nanotubes were prepared by the electrochemical anodization of titanium in an ethylene glycol electrolyte containing 1 wt% NH₄F and 10 wt% H₂O at 20 V for 20 min, followed by annealing. The surface morphology and crystal structure of the samples were examined as a function of the annealing temperature by field emission scanning electron microscopy (FE‐SEM) and X‐ray diffraction (XRD), respectively. Crystallization of the nanotubes to the anatase phase occurred at 450 °C, while rutile formation was observed at 600 °C. Disintegration of the nanotubes was observed at 600 °C and the structure vanished completely at 750 °C. Electrochemical corrosion studies showed that the annealed nanotubes exhibited higher corrosion resistance than the as‐formed nanotubes. The growth of hydroxyapatite on the different TiO₂ nanotubes was also investigated by soaking them in simulated body fluid (SBF). The results indicated that the tubes annealed to a mixture of anatase and rutile was clearly more efficient than that in their amorphous or plain anatase state. The in vitro cell response in terms of cell morphology and proliferation was evaluated using osteoblast cells. The highest cell activity was observed on the TiO₂ nanotubes annealed at 600 °C. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

WO3-TiO2薄膜型复合光催化剂的制备和性能

 采用溶胶－凝胶法在多孔钛片上制备了WO3－TiO2薄膜型复合光催化剂,并用甲基橙的光催化降解反应对所得薄膜型催化剂的活性进行了评价．实验结果表明：x（W）＝0．5％,涂覆层数为3层,在500℃焙烧1h的WO3－TiO2薄膜型光催化剂的活性最高,比纯TiO2薄膜高出96．7％．此时多孔钛片上负载的TiO2以锐钛矿和金红石两种晶形存在,表明适量W的掺入可使TiO2的相转变温度显著降低．     

钒掺杂TiO2/AC负载催化剂的制备及光催化活性

以TiO2为主要成分的光催化剂的研究已日益受到人们的广泛关注[1-6]。但TiO2粉末的回收和流失问题难以解决,固定化TiO2负载催化剂的研制是解决这一问题的有效手段[2-6]。从实际应用的观点看,TiO2的光催化剂活性还有待进一步提高。研究发现,大多数过渡金属离子和少数非金属离子的     

Preparation of High-Orderly TiO2 Nanotubes in Organic Solution and Characterization of C-doped TiO2

"High-orderly TiO2 nanotube arrays were fabricated by anodic oxidation of pure titanium substrate in organic electrolyte containing fluoride. Different morphological nanotubes of titania were obtained through controlling the different anodization voltages and durations. The length of the longest nanotubes was approximately 60 1m and the length-to-width aspect ratio was about 600. The nanotube layers were then annealed at different temperatures (450, 550, and 650 oC) in air for 2 h. The samples were characterized by scanning electron microscopy, X-ray diffraction (XRD), energy dispersive X-Ray (EDS) and UV-Vis spectrometer. The XRD results demonstrated that the as-anodized samples were amorphous and the structure changed to antanse and rutile when the samples were annealed at higher temperature. The EDS microanalysis indicated the presence of carbon in the TiO2 nanotubes. The result of degradation of methylene blue showed clearly that the photocatalytic activity of C-doped TiO2 nanotubes increased by 10%."     

Pr3+掺杂的TiO2纳米粉体的表面特性和光催化活性

利用酸催化的溶胶-凝胶法制备了纯的和不同Pr³⁺掺杂量的TiO₂纳米粉体.以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化降解为探针反应,评价了它们的光催化活性.利用XRD和BET技术研究了Pr³⁺掺杂量和焙烧温度对TiO₂纳米粉体的相结构、晶粒尺寸和表面织构特性的影响,并用XPS和SPS技术研究了Pr³⁺掺杂的TiO₂纳米粉体的表面组成和表面光伏特性,探讨了Pr³⁺掺杂提高纳米TiO₂的光催化活性的机制.结果表明:适量Pr³⁺掺杂能显著提高纳米TiO₂的光催化活性.当Pr³⁺掺杂量为1.25%(以Pr³⁺/TiO₂质量比计),焙烧温度为600℃时,制得粉体的光催化活性最佳.Pr³⁺掺杂强烈地抑制TiO₂由锐钛矿相向金红石相的转变,减小晶粒尺寸,增大比表面积,增加表面羟基和吸附氧的含量,提高光生电子和空穴的分离效率,改善粉体表面的光吸收性能,上述因素均有利于光催化活性的提高.     

甘油-DMSO-H2O中阳极氧化TiO2纳米管阵列的生长与性能

采用NH4F-甘油-DMSO(二甲基亚砜)-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法, 在金属钛基板上形成厚度为0.4-1.5 μm的有序TiO2纳米管阵列薄膜. 利用场发射电子扫描显微镜(FESEM)技术, 研究了电解液的组成及阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列生长形貌的影响. 结果表明, 阳极氧化电压可以影响TiO2纳米管的径向尺寸和长度；通过改变电解液中DMSO/H2O的体积比, 能够调控纳米管的生成速率与形貌. 利用X射线衍射(XRD)对经过不同温度热处理的TiO2纳米管阵列薄膜的物相进行了分析. TiO2纳米管阵列薄膜的光电催化分解水过程的电压-电流特性测量显示, 光电流密度大于0.2 mA·cm-2.     

硅胶负载氯掺杂二氧化钛光催化剂的水热制备与光催化活性评价

利用水热法, 以硅胶为载体, 以Ti(SO4)2为钛源, NaCl为氯源制备了具有良好性能的硅胶负载氯掺杂二氧化钛(CTS)光催化剂, 考察了氯投加量、焙烧温度及钛硅比对光催化活性的影响. 结果表明, 氯投加量为15% (nCl/nTi)、钛硅物质的量比为3:1、焙烧温度为750 ℃时制备的CTS具有最佳的光催化活性, 其比表面积为60.8 m2·g-1. CTS中的硅胶除了作为载体, 还起到了促进锐钛矿二氧化钛的生成并抑制其向金红石相转变的作用; 氯掺杂二氧化钛(CT)经硅胶负载后, 其表面孔结构发生了变化, 并且热稳定性增加. 苯酚降解实验表明, 与CT相比, CTS以0.7740 g·g-1的二氧化钛含量具有更高的光催化活性.     

氧化钛-氧化石墨插层结构及其光催化性能(英文)

采用氧化石墨(GO)和硫酸钛作为初始反应物,在低温下(80℃)制备了纳米级的氧化钛-氧化石墨插层(TiO2-GO)复合材料,研究了这一复合材料的紫外光催化性能.结果表明,在采用TiO2-GO插层复合材料对甲基橙溶液进行紫外光催化降解时,其降解效率η=1.17mg·min-1·g-1,明显优于德固赛P25氧化钛粉.通过对TiO2-GO插层复合材料进行X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FT-IR)光谱、X射线光电子能谱(XPS)和场发射扫描电子显微镜(FESEM)等测试,表征了产物的晶相结构、界面状况及其显微结构.结果表明:插层结构中的TiO2晶粒为锐钛矿和金红石的混合相,且锐钛矿相含量大于金红石相含量;氧化石墨层间的含氧基团如C襒O,基本被还原.对TiO2-GO插层复合材料的形成机理以及该材料具有优越光催化性能的原因进行了探讨.     

Titania nanotubes (TNTs) prepared through the complex compound of gallic acid with titanium; examining photocatalytic degradation of the obtained TNTs

It was for the first time that the complex compound of gallic acid with titanium (IV) salt was used as a precursor to synthesize titania nanotubes. The study was separated into four main sections; (I) synthesizing the complex of titanium with gallic acid, (II) synthesizing anatase and rutile phases through thermal decomposing of the complex, (III) investigating the possibility to synthesize titania nanotubes from the rutile and anatase phases, and (IV) photocatalytic ability of all the nanoparticles.Different methods were applied to analysis, including X-ray diffraction, 1H NMR, FT-IR spectroscopy, elemental analysis, quantum-chemical modeling, Raman spectroscopy, thermal analysis, photoluminescence, BET analysis (to investigate the specific surface activity, total pore volume), EDX, electron microscopy (SEM), acceleration voltages, electrical conductivity, BJH method (to determine average pore diameter), and UV-Vis spectroscopy.We illustrated the possibility of the synthesis of the titania nanotubes from the anatase phase, while rutile phase was not turned to a tube shape.The photocatalytic ability of the obtained nanoparticles was tested by degrading bromophenol blue, as an organic pollutant, under weak light. TiO₂ in the form of nanotubes could reduce the concentration of bromophenol blue to 82%, as well as the rutile phase - to 70%, and finally anatase as nan-spheres to 36%.