表面具丰富羟基的介孔TiO2稳定Pt-OH-Fe(III)催化界面

在负载型金属催化剂中，载体不仅可以提高金属分散度，同时还创造了独特的金属-载体界面.在特定的反应中，这些界面位点被认为是主要活性位点.对于这些体系，其催化性能的关键在于能否构建丰富且稳定的界面活性位点.本研究中，以乙二醇-钛前驱体水解得到的超高比表面积介孔TiO₂作为载体（m-TiO₂，490 m²/g），通过紫外光照沉积得到m-TiO₂负载的高度分散的Pt纳米颗粒（1.9 wt% Pt，2.7 nm）.相较而言，在商业P25 TiO₂上负载量仅有0.2 wt%，而Pt的尺寸却达6.7 nm.通过简单的沉积沉淀法可以在Pt/m-TiO₂和Pt/P25进一步构筑超高活性和稳定性的Pt-OH-Fe（Ⅲ）界面，所得到的Fe（OH）_x-Pt/m-TiO₂在催化低温CO氧化反应中表现出超高活性和稳定性，而Fe（OH）_x-Pt/P25却会在测试过程中发生不可逆的失活.研究发现，相较于P25表面密度较小且对湿气不敏感的羟基物种，m-TiO₂的高比表面积、介孔结构以及表面具有丰富（且对湿气敏感）的羟基（10.6 mmol/g，12.5 nm^-2），可以确保Pt-OH-Fe（Ⅲ）界面在CO氧化的放热反应中不会因为脱水发生不可逆的失活.     

介孔TiO2对溶菌酶吸附的动力学和热力学

773.15 K下焙烧二钛酸(H₂Ti₂0₅)制备了介孔结构TiO₂。采用比表面分析仪(BET)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱和X射线衍射(XRD)仪进行表征研究了介孔TiO₂对溶菌酶的吸附行为和机理。结果表明,该吸附过程较好地满足Langmuir吸附模型;随着溶液pH值的增高,溶菌酶在介孔TiO₂上的吸附量先增大后减小。在pH = 7.2时,达到最大吸附容量72.5 mg·g^-1。该介孔TiO₂对溶菌酶具有良好的吸附稳定性,经过5次循环后吸附的溶菌酶残余量仍有81.6%。动力学研究表明,介孔TiO₂与溶菌酶间的吸附满足准二级动力学模型,吸附传质过程由膜扩散和粒内扩散共同影响与控制。对热力学参数的计算发现,该过程ΔG⁰ < 0, ΔH⁰ > 0, ΔS⁰ > 0,表明介孔TiO₂对溶菌酶的吸附是一个自发的、吸热的熵增过程。     

Ti3C2 MXene助催化剂组装的介孔TiO2用以增强光催化甲基橙降解和产氢活性

利用太阳能驱动半导体光催化剂进行光催化降解污染物和产氢被认为是解决环境问题和能源危机最有效的方法之一.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂因其优异的化学稳定性、环境友好和成本低等优点,在光催化领域具有不可或缺的作用.介孔TiO₂由于具有独特的介孔结构,更有利于光催化过程中反应物的吸附和传输.然而,单一TiO₂具有较高的光生载流子重组效率和低的光利用率等缺点,导致其光催化活性低.通过负载助催化剂可以增强光吸收、促进光生载流子的分离以及提供更多活性位点,是提高光催化活性的一种有效策略.目前,常用的高效助催化剂主要为贵金属,如Pt,Pd和Au等,但昂贵的价格及稀缺性限制了其在未来的广泛应用.因此,寻找新型的非贵金属助催化剂来提高光催化剂的活性具有重要意义.MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物和/或氮化物,具有丰富的表面亲水性官能团、良好的金属导电性和较高的载流子迁移率等特性,适合用于光催化中作为助催化剂来提高光催化性能.受此启发,本文利用静电自组装策略将介孔TiO₂纳米颗粒均匀地固定在Ti₃C₂MXene助催化剂上,构建了紧密的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料,并研究其光催化降解甲基橙(MO)和产氢性能.Zeta电位测试结果表明,带有相反表面电荷的介孔TiO₂和Ti₃C₂可以通过静电作用构筑稳定的复合材料.X-射线粉末衍射、拉曼光谱、X-射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜和高分辨透射电子显微镜等表征也进一步表明,成功制备了介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料.XPS也证明在复合材料中光生电子从TiO₂转移到Ti₃C₂助催化剂上,表明两者之间具有强相互作用.BET测试结果表明,相比单一的介孔TiO₂,复合材料具有更大的比表面积和孔体积,可提供更多的活性位点,有利于提高光催化活性.紫外-可见漫反射光谱表明,Ti₃C₂助催化剂的引入提高了材料的光吸收能力.荧光光谱、时间分辨荧光光谱、光电流密度和电化学阻抗等测试结果表明,复合材料具有优异的光生载流子分离和转移能力.在光催化性能测试中,最佳Ti₃C₂含量(3wt%)的介孔TiO₂/Ti₃C₂复合材料在40 min内对MO的光催化降解效率可达99.6%,并利用自由基捕获实验和电子自旋共振表征证实了活性物种·O₂-和·OH在光催化降解过程中起主要作用.此外,该复合材料也表现出了较好的产氢性能(218.85μmolg^-1h^-1),约为单一介孔TiO₂的5.6倍,且三次循环后仍保持稳定的产氢效率.综上,MXene族材料可以作为一种高效的非贵金属助催化剂应用于光催化领域.     

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。     

Ni2P/Cu(OH)2催化剂的制备及其全解水性能研究

通过化学处理法在泡沫铜基底表面生成Cu(OH)₂纳米线,大大增加了基底材料的表面积和导电性.采用水热法在Cu(OH)₂纳米线表面制备片状Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体,对Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体进行低温磷化得到多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的物质结构和表面形貌进行了表征.采用线性伏安法、恒电位等技术对催化剂的电化学性能进行测试.在1.0 mol·L^-1 KOH碱性溶液中,当电流密度为10 mA·cm^-2时,Ni₂P/Cu(OH)₂的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过电位分别为133和333 mV,且均具有较好的稳定性.将这种多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂分别用作阳极和阴极进行全解水电解,电流密度达到10 ...     

构筑三维有序介孔少层MoS2/C复合材料及其电化学析氢性能

本研究通过液相纳米铸造法,以SBA-15为硬模板,蔗糖为碳源,四硫代钼酸铵(ATTM)为MoS₂前驱体,合成了三维有序介孔结构少层MoS₂/C复合材料。该催化剂的三维有序介孔结构提供了较高的比表面积并为电化学析氢反应(HER)提供了物质和电子传输的通道,无定形碳的限制作用使少层MoS₂薄片均匀分散,暴露大量MoS₂的边缘活性位点,避免MoS₂团聚的发生,并增加了材料的导电性。在酸性条件下实现高效析氢,电流密度为10 mA/cm²时,过电位为165 mV,Tafel斜率为91.1 mV/dec。本研究为构建高比表面积和少层MoS₂均匀分散的三维结构HER催化剂提供了依据。     

Pt-TiO2/Graphene催化剂的氧还原和甲醇氧化电催化性能研究

以二(2-羟基丙酸)二氢氧化二铵合钛（TBA）和氧化石墨烯（GO）为前驱体,通过水热法合成出不同TiO₂含量的TiO₂/Graphene（TiO2/G）复合材料,随之用微波醇热法还原Pt前驱体可得Pt-TiO₂/G催化剂. 实验结果表明,TiO₂可与Pt相互作用,添入适量TiO₂的Pt-TiO₂/G催化剂具有较高的氧还原电催化活性及甲醇氧化的电催化活性与稳定性. 但TiO₂电导率偏低,过量TiO₂的添入反而使其电催化性能降低.     

有序介孔氧化铝的制备及其在丁烯歧化中的应用

采用有机铝源及阴离子模板剂制备了高比表面积、大孔容、窄孔径分布的有序介孔氧化铝(Al₂O₃)载体, 研究了铝源水解速率、模板剂碳链长度以及洗涤介质等因素对有序介孔氧化铝载体合成的影响。实验结果表明,提高铝源水解速率和用乙醇溶剂洗涤Al₂O₃前躯体都有利于Al₂O₃载体形成有序介孔结构,所得Al₂O₃载体的孔径和孔体积随着模板剂碳链长度的增加而增大。分别用有序介孔Al₂O₃和普通介孔Al₂O₃为载体,采用浸渍法负载氧化铼(Re₂O₇)制备了铼基催化剂,并用于评价丁烯歧化合成丙烯的反应性能。实验结果表明,铼基有序介孔催化剂(Re/OMA)的丁烯歧化性能显著优于普通铼基介孔催化剂(Re/MA),丁烯转化率高于50%,丙烯选择性约60%,丙烯收率达30%,催化剂寿命明显延长。     

简单浸渍法制备纳米CuO/TiO2及其光催化剂活性

以Cu(NO₃)₂·3H₂O和P25为前躯体,通过简单浸渍法制备了CuO/TiO₂光催化剂,利用N₂物理吸附、XRD、TEM、UV-vis漫反射光谱分析了催化剂的结构特性。研究了Cu组分的负载量、催化剂在反应液中的分散量、催化剂焙烧温度、反应液中甲醇浓度对CuO/TiO₂光催化反应产氢活性的影响,并考察了催化剂的稳定性,提出了该体系光催化反应的机理。结果表明,Cu的适宜负载量为2.0%~7.5%(质量分数),在Cu质量分数2.0%、催化剂焙烧温度350℃、甲醇的体积浓度为10%、催化剂分散量为1.0 g/L时,产氢活性可达到1 022 μmol/(h·g),并且该催化剂具有较好的稳定性。     

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.     

不同晶相TiO2负载Cu2O催化甲醛乙炔化反应

分别以金红石相和锐钛矿相TiO₂为载体, 采用液相还原-沉积法制备了Cu₂O/TiO₂催化剂. 采用氮气物理吸附-脱附(N₂-physisorption)实验、 氢气程序升温还原(H₂-TPR)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 CO红外光谱(CO-IR)及高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等技术, 研究了不同晶相TiO₂载体对Cu₂O/TiO₂结构及其催化甲醛乙炔化反应性能的影响. 结果表明, 以金红石相TiO₂为载体的催化剂炔化活性明显高于以锐钛矿相TiO₂为载体的催化剂, 原因在于金红石相TiO₂主要暴露(110)晶面, 其与铜物种的配位环境及较高的空位密度形成了更多的Cu—O—Ti结构物种, 表现为Cu₂O与TiO₂之间强的相互作用. 这导致Cu₂O高效转变为乙炔亚铜活性物种, 并保持了较高的分散度与稳定性, 抑制了过度还原物种金属Cu的生成, 进而使催化剂表现出较高的催化性能.     

TiO2负载Cu-Mn复合氧化物催化燃烧正己醛

通过调控Cu负载量及Cu/Mn原子比,探究其对TiO₂负载Cu-Mn复合氧化物(Cu_xMn_y/TiO₂)催化材料中活性组分间相互作用的影响,结果表明,铜负载量为15% (w,质量分数)和Cu/Mn原子比为1 : 1时有利于类铜锰尖晶石相Cu_1.5Mn_1.5O₄的形成,随着Cu负载量的增加促使氧物种从晶格氧向表面吸附氧转移。复合催化材料中铜负载量的变化及Cu/Mn原子比对活性组分和催化活性间的相互作用影响显著。结果发现Cu₁₅Mn₁₅/TiO₂在225 ℃时使正己醛转化率达到90% (T₉₀),材料良好的性能归因于其具有较高的Cu²⁺与O_ads含量,并可与Mn²⁺实现双还原氧化过程。结果表明,Cu₁₅Mn₁₅/TiO₂复合材料中的类铜锰尖晶石活性组分可完成redox循环,以保持催化材料较高的稳定性。     

LiMn_2O_4/TiO_2催化剂上甲烷氧化偶联反应性能的研究

采用固相反应法制备了具有尖晶石结构的LiMn_2O_4/TiO_2系列催化剂,探讨了TiO_2、Li/TiO_2、Mn/TiO_2、LiMn_2O_4及LiMn_2O_4/TiO_2等不同组成催化剂的甲烷氧化偶联反应性能,采用XRD、XPS、CO_2-TPD和H_2-TPR等表征方法对该系列催化剂进行了分析。结果表明,具有尖晶石结构的LiMn_2O_4化合物具有较高的甲烷氧化偶联催化活性,在775℃、0.1MPa、7200mL/(h·g),CH_4∶O_2(体积比)为2.5的条件下,甲烷转化率可达25.8%,C2选择性可达43.2%。TiO_2的存在不仅进一步提高了甲烷转化率和C2选择性,还有效抑制了甲烷完全氧化形成CO_2的过程。负载8%LiMn_2O_4的LiMn_2O_4/TiO_2催化剂性能达到最优,此时甲烷转化率达到31.6%,C2选择性为52.4%,CO_2选择性降低到26.3%。考察了不同焙烧温度对催化剂活性的影响,850℃为LiMn_2O_4/TiO_2催化剂的最佳焙烧温度。     

功能化有序介孔碳对重金属离子Cu(II)、Cr(VI)的选择性吸附行为

以三嵌段共聚物F127为模板剂, 酚醛树脂为碳源, 正硅酸乙酯为硅源, 三组分共组装合成介孔碳?氧化 硅纳米复合物, 再经HF去除氧化硅, 得到有序介孔碳(OMC). X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、低温 N2吸脱附(BET)等测试表明, 所得样品具有高度有序的介孔结构, 比表面积和孔容分别为1330 m²·g^-1和2.13 cm³·g^-1, 平均孔径6.4 nm. 对其先氧化、后氯化、再胺化, 得到不同胺基接枝量的胺化介孔碳(C-NH₂(m), m为加入的乙二胺的质量(g)). 傅里叶变换红外(FT-IR)光谱表征结果证实, 胺基官能团成功接枝到有序介孔碳表面.TEM测试表明介孔碳的有序孔道结构得到了较好的保持. 以有序介孔碳、胺化介孔碳作吸附剂对Cu(II)、Cr(VI)进行选择性吸附研究. 结果表明: 功能化修饰前, 样品对Cu(II)、Cr(VI)饱和吸附量分别为213.33、241.55 mg·g^-1; 修饰后饱和吸附量可分别达到495.05、68.21 mg·g^-1. 功能化介孔碳表现了较强的选择性吸附Cu(II)的能力.     

Mixed-phase Mesoporous TiO2 Film for High Efficiency Perovskite Solar Cells

Mesoporous scaffold structures have played great roles in halide perovskite solar cells(PSCs),due to the excellent photovoltaic performance and commercial perspective of mesoporous PSCs.Here,we reported a mixed-phase TiO2 mesoporous film as an efficient electron transport layer(ETL)for mesoporous perovskite solar cells.Due to the improved crystal phase,fihn thickness and nanopartMe size of TiO2 layer,which were controlled by varying the one-step hydrothermal reaction time and annealing time,the PSCs exhibited an outstanding short circuit photocurrent density of 25.27 mA/cm^2,and a maximum power conversion efficiency(PCE)of 19.87%.It is found that the ultra-high Jsc attributes to the excellent film quality,light capturing and excellent electron transport ability of mixed-phase TiO2 mesoporous film.The results indicate that mix-phase mesoporous metal oxide fihns could be a promising candidate for producing effective ETLs and high efficiency PSCs.     

Nano TiO_2 as a heterogeneous catalyst in an efficient one-pot three-component Mannich synthesis of β-aminocarbonyls

TiO₂ nanoparticles（TiO₂ NPs） worked as an efficient heterogeneous catalyst in a one-pot,three-component,and solvent free Mannich reaction;producing variousβ-aminocarbonyls in good yields,and with good stereoselectivities.The catalyst was easily separated from the reaction mixture and was recycled four times with no significant loss of its catalytic activity.     

TiO_2载体掺杂对Mn-Ce/TiO_2催化剂低温脱硝性能影响研究

以TiO_2、TiO_2-Al_2O_3及TiO_2-SiO_2为载体,选取Mn为活性组分,Ce为活性助剂,采用分布共混法制备低温SCR催化剂,分析了TiO_2载体掺杂Al_2O_3、SiO_2改性后对Mn-Ce/TiO_2催化剂低温脱硝活性的影响,运用BET、SEM、XRD、H2-TPR以及NH_3-TPD等测试手段对催化剂进行了表征。结果表明,TiO_2载体经掺杂改性后,Mn-Ce/TiO_2催化剂的比表面积、孔结构参数以及表面孔结构形貌均得到改善和提高;Mn-Ce/TiO_2-Al_2O_3和Mn-Ce/TiO_2-SiO_2催化剂中TiO_2的结晶度均有不同程度降低;经TiO_2载体掺杂改性后的催化剂表面低温还原峰面积及催化剂表面酸性位种类及酸性大小显著改善,这都有助于提高催化剂的脱硝活性。通过对TiO_2载体掺杂SiO_2和Al_2O_3改性后,催化剂的脱硝活性明显提高,反应温度在80-140℃时,催化剂SCR脱硝活性的顺序是:Mn-Ce/TiO_2-SiO_2M n-Ce/TiO_2-Al_2O_3M n-Ce/TiO_2。     

棒状金属有机框架结构PCN-222(Cu)/TiO2复合材料的制备及其高效光催化CO2还原性能

The photocatalytic reduction of CO₂ has attracted considerable attention owing to the dual suppression of environmental pollution and energy shortage. The technology uses solar energy to convert carbon dioxide into hydrocarbon fuel, which is of great significance for achieving the carbon cycle. The development of low-cost photocatalytic materials is critical to achieving efficient solar energy to fuels conversion. One of the most commonly employed photocatalysts is TiO₂. However, it suffers from broad band gap as well as the recombination of photo-excited holes and electron. Hence, in this work, we report the photochemical reduction of CO₂ using rod-like PCN-222(Cu)/TiO₂ composites as photocatalyst through a simple hydrothermal method, in which TiO₂ nanoparticles are anchored at the interface of the SiC rod PCN-222(Cu). Multiple characterization techniques were used to analyze the structure, morphology, and properties of the PCN-222(Cu)/TiO₂ composite. A series of characterizations including X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), diffuse reflectance spectroscopy (DRS), Fourier-transform infrared spectroscopy, photo-electrochemical, and photoluminescence (PL) confirm the successful preparation of PCN-222(Cu)/TiO₂ composites. SEM reveals that the TiO₂ nanoparticles are uniformly distributed on the surface of the rod-shaped PCN-222(Cu)/TiO₂. XRD results show that PCN-222(Cu) and PCN-222(Cu)/TiO₂ composite photocatalysts with good crystal structure were successfully synthesized. According to the DRS results, the prepared PCN-222(Cu)/TiO₂ composite samples exhibit characteristic absorption peaks of metalloporphyrins in the visible region. PL spectroscopy, transient photocurrent response, and electrochemical impedance spectroscopy further confirm that the rod-like PCN-222(Cu)/TiO₂ samples have high electron-hole pair separation efficiency. By controlling the mass ratio of PCN-222(Cu) and TiO₂, the photocatalytic CO₂ reduction performance test shows that the 10% PCN-222(Cu)/TiO₂ composite achieves optimal catalytic performance, yielding 13.24 μmol·g⁻¹·h⁻¹ CO and 1.73 μmol·g⁻¹·h⁻¹ CH₄, respectively. All the rod-like PCN-222(Cu)/TiO₂ composites exhibit better photocatalytic CO₂ activity than that of TiO₂ nanoparticles or PCN-222(Cu) under the illumination of xenon lamps, which is attributed to charge transport and electron-hole separation capabilities. After three test cycles, the catalytic activity of PCN-222(Cu)/TiO₂ photocatalyst was virtually unchanged. The reduction yield of the catalyst increased for 8 h under continuous illumination, indicating that PCN-222(Cu)/TiO₂ composites have acceptable stability. The estimation of the band gap curve and the Mote-Schottky curve test show that the lowest unoccupied molecular orbital position of PCN-222(Cu) is more negative than the TiO₂ of the conduction band; hence, a possible photocatalytic reaction mechanism of the PCN-222(Cu)/TiO₂ composite is proposed. This study provides a new strategy for the integration of metal-organic frameworks and oxide semiconductors to construct efficient photocatalytic systems.     

载体对Ni_2P催化剂加氢脱氮反应性能的影响

使用TiO2、Al2O3以及TiO2-Al2O3复合载体考察了载体对磷化镍催化剂活性相和加氢脱氮性能的影响。不同钛铝原子比的TiO2-Al2O3复合载体采用原位-溶胶凝胶法制备,负载的磷化镍催化剂采用等体积浸渍法和H2原位还原法制备。以喹啉为模型化合物在固定床反应器上对催化剂的加氢脱氮性能进行评价,采用XRD、N2吸附、TEM和H2-TPR等技术对催化剂和载体进行了表征。结果表明,制成的复合载体基本保留了最初引入的γ-Al2O3的孔特征,分散在γ-Al2O3表面的TiO2以锐钛矿晶型存在。不同载体对催化剂的H2还原行为有显著影响,所形成的活性物种也不相同。Al2O3中引入TiO2可以减弱P物种和Al2O3之间的相互作用,有利于Ni2P活性相的生成和催化活性的提高。当Ti/Al的原子比为1∶8时,Ni2P/TiO2-Al2O3催化剂比Ni2P/TiO2、Ni2P/Al2O3催化剂具有更高的加氢脱氮活性。     

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.