多孔二氧化钛微球的制备、表征及其光催化性能

以Lutensol TO(异构十三醇聚氧乙烯醚)系列非离子表面活性剂为辅助剂,采用溶胶-凝胶法制备了比表面积高、孔径分布窄的锐钛矿型TiO2多孔微球,并用透射电镜、扫描电镜、热重-差热分析、X射线衍射和氮吸附进行了表征.以亚甲基蓝降解为模型反应评价了其光催化性能,并与商品化TiO2Degussa P25进行了比较.实验结果表明,样品在425℃焙烧后,形成具有孔状结构的锐钛矿型TiO2微球,粒径为0.7~1.0μm,比表面积为70.5 m2/g,总孔容为0.12 cm3/g,平均孔径为4.26nm,晶粒尺寸为12 nm.这种多孔TiO2微球具有较高的催化活性,与Degussa P25纳米TiO2的催化活性相当.     

三维有序介孔/大孔TiO2微球的制备、表征及光催化性能

以聚甲基丙烯酸甲酯微球为模板,分别以钛酸四丁酯和四异丙醇钛为钛源,通过溶胶-凝胶法辅助模板法制得TiO2纳米微球前驱体,并用程序升温控制其焙烧温度,最终成功制得了具有三维有序介孔/大孔复合结构的TiO2微球.以罗丹明B(RhB)为模型污染物,探索了以不同钛源制备得到的介孔/大孔复合TiO2微球的光催化性能;并采用XRD、SEM、TEM、UV-vis DRS、比表面积测试、光催化性能测试等对样品的晶粒尺寸、物相、形貌、光吸收、比表面积及性能等进行了分析.结果表明,运用溶胶凝胶法辅助模板法能够合成结晶度高、形貌规整、比表面积大、光催化活性良好的锐钛矿相TiO2微球.     

纯二氧化钛介孔分子筛的合成与表征

分别用不同链长的烷基磷酸酯和脂肪胺两类不同表面活性剂为模板剂合成了纯二氧化钛介孔分子筛（Ti-TMS1，Ti-TMS2），并用溶剂法代替高温焙烧法成功地脱除了模板剂。用 XRD、TEM等测试手段对这类材料的结构进行了表征，研究了反应条件对所制备样品的结构的影响。结果表明：得到的纯二氧化钛介孔分子筛为较规则的六角堆积排列，孔径为2.7～4.4 nm, 且其纳米孔径大小可以通过改变烷基磷酸酯模板剂的烷基链长而调节。此外还发现，采用的烷基磷酸酯模板剂的烷基链越长，制得的二氧化钛介孔分子筛结构及晶型的完整性越好。进一步的研究表明，模板剂脱除之后，Ti-TMS2结构的晶体完整性和稳定性明显不如Ti-TMS1的好，且Ti-TMS1的介孔结构优于Ti-TMS2的介孔结构。     

单分散核-壳结构介孔二氧化硅微球的合成

在酸性条件下, 采用非离子表面活性剂嵌段共聚物为模板剂, 季铵盐阳离子表面活性剂为共导向剂, 在预先合成的尺寸均一的单分散实心氧化硅微球表面包裹了有序介孔氧化硅层, 进一步通过高温水热处理, 获得了具有良好分散性和均匀尺寸的介孔壳层(孔径7 nm)氧化硅微球(~500 nm). 氧化硅微球外部包裹的介孔壳层具有较大的比表面积(188 m2/g)和孔容(0.23 cm3/g).     

大粒径介孔氧化硅微球的优化合成及表征

以非离子型嵌段共聚物为模板剂、正硅酸乙酯为硅源,制备了一种比表面积为712m2·g-1、孔径6.93nm、孔容1.06cm3·g-1、粒径10μm的介孔SBA-15微球,采用扫描电镜考察了各种合成条件对介孔氧化硅微球形貌的影响,对SBA-15介孔微球的合成条件优化和形成机理进行了研究和探讨。结果表明:介孔氧化硅微球的生长可以看作一个由微小溶胶粒子发生渐进聚沉、成长为较大溶胶粒子的过程;共表面活性剂和无机盐的引入对介孔微球的形成具有辅助作用;合成体系的酸度和晶化阶段之前的陈化条件是介孔微球形成的关键所在。在共聚物的盐酸溶液(1mol·L-1)中,不添加共表面活性剂和无机盐,仅控制陈化条件于35℃静置24h,100℃水热处理24h,可得到大粒径的介孔SBA-15微球。     

锌离子掺杂的二氧化钛介孔空心微球的制备及光催化性能

以二氧化硅为模板,钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,硝酸锌为锌源,采用溶胶凝胶法制备了锌离子掺杂的介孔二氧化钛空心微球。采用X射线衍射(XRD)、比表面积(BET)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等技术对样品进行表征,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,去核之后的复合微球为空心微球,壁厚为20 nm左右。钛酸四丁酯溶液的滴加时间对微球的形貌影响较大,当滴加时间大于15 min时,可以得到结构清晰的空心微球。用氢氧化钠溶液去除二氧化硅核,反应90 min,二氧化硅可以被完全去除。X射线衍射表明,实验得到的掺杂锌离子的空心微球和没有掺杂锌离子的空心微球都是锐钛矿。当锌离子的摩尔分数为0.3%时,二氧化钛空心微球的晶粒尺寸最小,比表面积最大,催化亚甲基蓝降解的效率最高。     

锌离子掺杂的二氧化钛介孔空心微球的制备及光催化性能

以二氧化硅为模板,钛酸四丁酯（TBOT）为钛源,硝酸锌为锌源,采用溶胶凝胶法制备了锌离子掺杂的介孔二氧化钛空心微球。采用X射线衍射（XRD）、比表面积（BET）、透射电镜（TEM）、扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）等技术对样品进行表征,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,去核之后的复合微球为空心微球,壁厚为20nm左右。钛酸四丁酯溶液的滴加时间对微球的形貌影响较大,当滴加时间大于15min时,可以得到结构清晰的空心微球。用氢氧化钠溶液去除二氧化硅核,反应90min,二氧化硅可以被完全去除。X射线衍射表明,实验得到的掺杂锌离子的空心微球和没有掺杂锌离子的空心微球都是锐钛矿。当锌离子的摩尔分数为0.3%时,二氧化钛空心微球的晶粒尺寸最小,比表面积最大,催化亚甲基蓝降解的效率最高。     

介孔二氧化锆的水热合成和表征

以表面活性剂十二烷基磺酸钠为辅助模板剂,合成了具有较高稳定性的介孔二氧化锆。 采用TG、XRD、FT-IR以及N₂吸附-脱附等测试技术对产物进行了表征。 研究结果表明,以阴离子型表面活性剂为模板合成的二氧化锆前驱体具有层状介孔结构,经过NaOH溶液处理后再经500 ℃煅烧仍能保持其介孔结构,显示了良好的热稳定性。 在表面活性剂脱除后得到双孔分布的孔结构,其孔壁为四方晶相结构。 NaOH对其结构的形成起到了关键作用。     

高热稳定性介孔氧化锆的合成及表征

利用阴离子表面活性剂作模板,通过水热均匀沉淀方法成功合成了具有高热稳定性的介孔氧化锆.该方法以十二烷基苯磺酸钠(SDBS)作为介孔结构的导向剂,其含S基团在煅烧时起到了稳定剂的作用.采用透射电镜、氮气吸附-脱附、X射线粉末衍射、红外光谱测试手段对样品进行了表征.研究表明,以SD-BS为模板剂合成的介孔氧化锆具有蠕虫状介...     

二氧化钛纳米棒在空心微球表面的定向生长

通过表面预处理和水热法开展了用二氧化钛包覆空心微球的研究, 用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等表征了所得产品, 并探索了各种反应参数对产物形貌和结构的调控作用. 实验结果表明, 空心微球的表面溶胶-凝胶预处理至关重要. 采用表面溶胶-凝胶技术预处理空心微球表面, 然后在一定条件下进行水热反应, 我们在空心微球表面上成功地包覆了垂直于微球表面并紧密排列的锐钛矿型二氧化钛纳米棒. 该材料质轻、耐腐蚀, 有望成为一种新型光催化剂, 应用于治理水体表面的大面积污染.     

介孔TiO2-SO2-4的合成及表征

在不使用有机模板剂的条件下,以工业硫酸钛溶液为原料合成了高热稳定的锐钛矿型介孔TiO2-SO2-4. 用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜、X射线能谱、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱对样品进行了表征,并考察了其光催化性能. 结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用, 500 ℃焙烧后样品仍具有202.2 m2/g的比表面积及2.8 nm的平均孔径. 焙烧产物TiO2-SO2-4中 S = O 的强电子诱导效应不仅使邻近的Ti成为超强酸中心,还使二氧化钛的吸收光谱产生30 nm的红移,光催化活性显著提高.     

铽负载介孔二氧化钛的制备、表征和协同效应

以嵌段共聚物P123为模板剂,采用蒸发诱导自组装法制备了铽负载介孔TiO2光催化剂,并利用XRD、N2吸附解吸和UV-Vis吸收光谱等技术手段对样品进行了表征。 制备的样品为锐钛矿和金红石混合晶相,以罗丹明B为模拟有机降解物,样品显示了良好的可见光催化活性。 研究发现0.7%的铽负载和380 ℃的煅烧温度是较佳的制备条件。 介孔结构所具有的高的比表面积、小的晶粒尺寸、铽负载诱导的电荷分离和可见光吸收增强协同提高了光催化活性。 同时,提出了铽负载二氧化钛诱导增强光催化作用的机理。     

La掺杂TiO2光催化剂的制备与表征

用共沉淀法和溶胶-凝胶法制备了La掺杂TiO2光催化剂(La3 -TiO2),并以罗丹明B为模型反应物,进行了光催化降解实验.结果发现,共沉淀法制备的La3 -TiO2具有较高的光催化活性,当掺La量为1.0%、于800℃煅烧2 h时获得的催化剂活性最佳.用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜和电子探针等手段测定了两种方法制备的典型样品的结构和粒度分布.两种方法制备的催化剂都是含有锐钛矿和金红石型TiO2的混合晶体,但共沉淀法制备的催化剂具有较高的锐钛矿含量、较大的晶粒和大孔/介孔的多级孔结构,这是其具有较高光催化活性的主要原因.     

介孔TiO_2-SO_4~(2-)的合成及表征

在不使用有机模板剂的条件下,以工业硫酸钛溶液为原料合成了高热稳定的锐钛矿型介孔TiO_2-SO_4~(2-).用X射线衍射、N2吸附、扫描电镜、X射线能谱、傅里叶变换红外光谱和紫外-可见光谱对样品进行了表征,并考察了其光催化性能.结果表明,硫酸根在焙烧过程中与前驱体介孔偏钛酸孔壁上自由羟基的键合起到了孔结构导向及支撑作用,500℃焙烧后样品仍具有202.2m2/g的比表面积及2.8nm的平均孔径.焙烧产物TiO_2-SO_4~(2-)中S=O的强电子诱导效应不仅使邻近的Ti成为超强酸中心,还使二氧化钛的吸收光谱产生30nm的红移,光催化活性显著提高.     

Preparation and Characterization of TiO2 Thin Films by Sol-Gel Method

Titanium dioxide (TiO₂) thin films have been deposited on silicon and glass substrates by the sol-gel process using titanium iso-propoxide [Ti(O-i-C₃H₇)₄]. The bond configuration of the TiO₂ thin films was analyzed by using FTIR in the wavenumber range from 400 to 4000 cm^–1. The spectral transmittance of as-deposited TiO₂ films deposited on fused silica glass was measured in the wavelength range from 200 to 900 nm. X-ray diffraction measurements were performed to determine the crystallinity of the TiO₂ films. As-deposited films were amorphous. As the film was annealed at higher temperature, the structure was transformed from amorphous to the anatase crystalline state. The chemical composition of the deposited film was investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The films are essentially stoichiometric with carbon as the dominant impurity on the surface. Raman spectra show the characteristic of TiO₂ anatase phase. The electrical properties of the TiO₂ films were measured using capacitance-voltage (C-V) and current-voltage techniques. From C-V measurements, the dielectric constants were calculated to be approximately 26 for the as-deposited films and 75–82 for films annealed at 700°C in different atmosphere. For the as-deposited samples, the breakdown voltage was 2.7 MV/cm, and for an electric field of 1 MV/cm, the leakage current was 5 × 10^–5 A/cm² and the resistivity was 2.2 × 10¹⁰ -cm.     

Si掺杂介孔SO_4~(2-)/TiO_2的非模板剂法合成及表征

在不使用模板剂的条件下,以工业硫酸氧钛溶液为原料合成介孔偏钛酸前驱体,再经正硅酸乙酯浸渍焙烧制备了具有良好热稳定性的Si掺杂介孔SO42-/TiO2.采用X射线衍射、N2吸附-脱附、扫描电镜、X射线能谱和傅里叶变换红外光谱等表征方法对样品的组成和结构进行了分析,并考察了该材料在亚甲基蓝氧化降解反应中的光催化性能.结果表明,在焙烧过程中,被吸附在偏钛酸孔道内的正硅酸乙酯发生水解,并与偏钛酸孔壁上的自由羟基形成Ti-O-Si键;Si进入二氧化钛骨架中,对孔结构起到了支撑作用,从而提高了介孔SO42-/TiO2的热稳定性.700℃焙烧2 h后,Si掺杂介孔SO42-/TiO2材料的比表面积仍达到189 m2/g,平均孔径为2.8 nm.400℃焙烧的样品在亚甲基蓝降解反应中表现出较好的光催化活性.