不同结构TiO2-ZnO异质复合膜光催化活性的研究

采用多靶磁控溅射离子镀技术制备TiO2-ZnO和(TiO2-ZnO)/TiO2两种不同结构的复合薄膜.研究薄膜在pH值分别为5、7和9时对甲基橙的降解,并结合薄膜光催化实验后的透光率、表面形貌和电化学腐蚀性能,探讨TiO2顶层对TiO2-ZnO异质复合薄膜光催化活性的影响.结果表明:两种薄膜的光催化活性均在酸性中最好,依次为碱性和中性,但(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜的降解率和降解速率始终高于TiO2-ZnO薄膜,且酸、碱性环境下更明显.光催化实验后,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜表面无变化,TiO2-ZnO薄膜出现明显的腐蚀、溶解形貌,且薄膜透光率在不同环境中的变化相差4～5倍.在不同pH值的3.5wt; NaCl溶液中,(TiO2-ZnO)/TiO2复合薄膜的腐蚀电位和腐蚀电流均优于TiO2-ZnO薄膜.由于TiO2顶层良好的耐酸碱腐蚀性能,(TiO2-ZnO)/TiO2薄膜在pH值较大范围的溶液中表现出更好的光催化活性.     

胶溶法制备具有自清洁与抗菌性能的TiO2薄膜

采用胶溶法合成了纳米晶锐钛矿溶胶,在玻璃基底上用提拉法制备出TiO2纳米薄膜。使用XRD、TEM、SEM和AFM和接触角等方法对TiO2溶胶和薄膜的结构进行了表征。结果表明,胶溶法合成的TiO2溶胶为锐钛矿型且结晶度较高,TiO2晶粒为针状,平均粒径约为8 nm;TiO2薄膜表面光滑,颗粒平均粒径约为86 nm。3层薄膜的厚度约为150 nm,涂膜层数对膜表面结构形貌影响有限。常温制备出的薄膜经紫外光照80 min,对亚甲基蓝的降解率达到93.6%,其活性随着热处理温度升高而提高。薄膜具备超亲水性,自清洁和抗菌性能。     

TiO2/蒙脱石复合物中纳米TiO2的相变与光催化性能

以TiOSO4.2H2O为TiO2的前驱体、蒙脱石为基体,采用水解-插层复合法,在不同热处理温度下制备了系列TiO2/蒙脱石纳米复合样品。采用XRD研究了样品中TiO2物相和晶粒大小等属性的变化,研究了样品对亚甲基蓝溶液的吸附脱色性和光催化脱色性。结果表明,热处理温度对TiO2/蒙脱石中TiO2物相与相对含量、晶粒大小和光催化脱色性等有很大影响。经700℃热处理的TiO2/蒙脱石复合样品锐钛矿晶粒仅为13.7 nm,光催化脱色率高达42.7%,总脱色率达79.8%;经1100℃热处理后,锐钛矿相对含量高达55.7%,锐钛矿晶粒为55.8 nm,光催化脱色率仍为32.5%,总脱色率高达46.6%;TiO2/蒙脱石复合样品中的TiO2与纯纳米TiO2样品相比,具有更高的锐钛矿相向金红石相转变的温度、更小的TiO2晶粒尺寸、更强的光催化脱色性。蒙脱石结构层对TiO2的相转变和晶粒长大具有明显的阻滞作用。     

TiO2-ZnTiO3纳米复合薄膜的制备及光催化性能

将ZnO粉末加入TiO2溶胶中制备出TiO2/ZnTiO3复合薄膜.利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱对其形貌、晶体结构、化学组成和光谱响应特征进行了表征.以亚甲基蓝(MB)溶液的脱色降解为模型反应,考察了不同ZnO掺入比例对复合薄膜光催化性能的影响.结果表明,所得材料的光催化性能与复合结构中TiO2的结晶结构有关.Ti/Zn=6∶1时,所得复合薄膜由锐钛矿相TiO2与钙钛矿相ZnTiO3构成,薄膜中晶粒尺寸较小(约为30 nm)、结晶度较高、催化性能最好.在紫外光下5h可使亚甲基蓝(MB)溶液脱色降解率达到94;,明显高于纯TiO2薄膜(87;).     

高岭土/纳米TiO2复合光催化材料制备及性能研究

以高岭土为载体、钛酸丁酯为钛源,采用溶胶-凝胶法制备出高岭土/纳米TiO2复合光催化材料.采用XRD、SEM、EDS等方法对其物相组成和显微结构进行了表征,以亚甲基蓝(MB)溶液为目标降解物对其光催化性能进行了研究.结果表明:高岭石的粒径明显减小,且晶片表面负载了大量10～30nm的锐钛矿相TiO2晶粒.复合光催化材料对MB分子的去除率随光催化反应时间的延长逐步提高,且受TiO2负载量、投入量、MB溶液浓度的影响;当TiO2负载量为5 mmol/g、投入量为2 g/L、MB溶液为10 mg/L时,暗反应吸附1h、光催化90 min后对MB的去除率可达89.26;,显示出较好的光催化性能和去除效果.随着循环利用次数的增加,复合粉体的光催化性能逐步提高,并具有较高的回收率.     

磷钨酸/碳纳米管/TiO2复合纳米材料制备及光催化性能研究

采用溶胶凝胶法制备了磷钨酸(HPW)/碳纳米管(CNTs)/TiO2复合纳米颗粒,利用X-射线衍射、BET低温氮吸附、红外光谱、透射电子显微镜及紫外-可见漫反射光谱等对其进行了性能表征.实验结果表明,在HPW与CNTs的共同作用下,使CNTs在前驱体溶剂体系中的分散性得到有效改善,更利于TiO2在其表面的均匀分布,提高了TiO2的光利用率,从而使TiO2复合纳米材料的光催化性能得到明显改善.     

(001)晶面主导的TiO2纳米片表面的F-对其光催化性能的影响

采用水热法以HF为晶面控制剂制备了TiO2纳米片,并用NaOH溶液对其处理,以甲基橙、甲基紫、罗丹明B和亚甲基蓝四种染料为降解对象,研究了处理前后TiO2纳米片的光催化性能并提出了机理.通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)等测试对处理前后TiO2纳米片的结构、形貌以及表面组成进行了表征.结果表明用NaOH溶液处理前后,样品均为边长24 nm、厚度6～7 nm、(001)晶面含量为84;的锐钛矿TiO2纳米片,但是处理后的样品表面F-、表面羟基和吸附水的数量都减少了,而且处理后样品的光催化活性降低.未经NaOH溶液处理的样品具有更高的光催化活性,归因于氟较氧更强的电负性可使TiO2表面吸附更多的水,促进了价带空穴对水的氧化,从而生成更多的羟基自由基.     

Si/Ti原子比对TiO2-SiO2复合薄膜亲水性能与摩擦磨损性能的影响

采用直流(DC)反应磁控溅射法在玻璃上制备了不同Si/Ti原子比的TiO2-SiO2复合薄膜.使用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、紫外可见分光光度计、CA-XP150型接触角仪、UMT-2型多功能微摩擦仪,研究了不同Si/Ti原子比的TiO2-SiO2复合薄膜微观结构、表面形貌、亲水性能和摩擦磨损性能.结果表明,所制备的纯TiO2薄膜具有锐钛矿结构,其平均晶粒尺寸为11 nm,TiO2-SiO2复合薄膜呈现非晶结构,其粒子尺寸相对减小;随着Si/Ti原子比的增大,薄膜在可见光区的平均透过率从76.6; 增加到84.3;.当复合薄膜中Si/Ti原子比为1:2时,薄膜的摩擦系数为0.11,薄膜具有最佳的亲水性能;在紫外光照射2 h后水接触角降到3.0°;在黑暗中放置30 h后水接触角略增加到7.7°.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的表征和亲水性能

采用射频磁控溅射TiO2陶瓷靶的方法在硅和石英衬底上制备纳米TiO2薄膜,并经950℃退火1h.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和接触角仪对薄膜相结构、表面形貌、光学性能和亲水性能进行表征.结果表明,与950℃退火1h相比,未退火薄膜是无定形结构并呈现较高的光致亲水性能.退火薄膜是锐钛矿和金红石混合相,其中锐钛矿相质量分数是11.34％.未退火和950℃退火1h的薄膜样品的能隙分别是3.03 eV和3.11 eV.未退火薄膜具有较高的光致亲水性能主要归因于其较低的光学能隙.退火薄膜的热致亲水性能与其相结构、表面清洁度和粗糙度有关.     

TiO2薄膜锂化工艺及其性能研究

本文以钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)为原料,采用溶胶-凝胶法在ITO导电玻璃基片表面制备了均匀透明的TiO2薄膜。使用X射线衍射仪表征了薄膜的晶型结构。通过电化学方法对TiO2薄膜进行锂化,研究了TiO2薄膜的厚度、热处理温度和外加电压对薄膜锂化效果的影响。结果表明,当镀膜层数为4层,热处理温度为400℃时,TiO2薄膜Li+存储能力最强。当TiO2薄膜相对参比电极外加电压为±2V时,Li+可充分进入薄膜并与之结合形成蓝色化合物LixTiO2,变色效果最为明显。     

Ag2O/TiO2异质结的光催化活性及耐光腐蚀性研究

以钛酸丁酯、硝酸铋和硝酸银为原料,FTO为基底,采用水热法结合超声沉积法合成了Ag2 O/TiO2异质结光催化剂.采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析测试手段对样品的形貌和结构进行了表征.结果表明,Ag2O/TiO2异质结是由直径约200 ～ 300 nm的TiO2纳米棒镶嵌着Ag2O纳米颗粒组成,与TiO2纳米棒阵列相比,Ag2O/TiO2异质结在可见光区有明显的光吸收.Ag2O/TiO2异质结的光催化效率明显提高.尤为重要的是,经光处理后,最终得到稳定的Ag-Ag2O/TiO2三元体系,并对Ag-Ag2 O/TiO2三元体系提高光催化稳定性和活性的机理进行了分析.     

不同形貌TiO2薄膜的可控制备及其光电化学性能研究

采用水热法在FTO(fluorine-doped tin oxide)基底上制备不同形貌的锐钛矿结构TiO₂薄膜。通过不断增大反应前驱物中盐酸浓度,TiO₂薄膜由球状颗粒薄膜逐渐演变生长成大面积高能(001)面裸露的TiO₂纳米片阵列薄膜。通过对形貌演化规律及X射线衍射图谱变化规律进行分析,提出了不同形貌TiO₂薄膜的生长演化机制,并对盐酸在其中的作用进行了说明。为了进一步改善TiO₂薄膜的性能,采用连续离子层吸附反应法对不同形貌的TiO₂薄膜进行CdS量子点敏化。采用紫外可见吸收光谱分析法和三电极体系对复合薄膜的光吸收性能和光电化学(PEC)性能进行了研究,实验数据显示CdS/TiO₂复合薄膜的光电化学性能皆明显优于单纯TiO₂薄膜,而且纳米片阵列薄膜的性能明显优于其他形貌薄膜,说明了大面积高能(001)面裸露的TiO₂纳米片阵列薄膜的性能优越性。     

退火处理对碳氮改性TiO2光催化性能的影响

以偏钛酸和三聚氰胺为原料,在空气氛围下700℃煅烧退火制备C-N改性TiO₂光催化剂.利用XRD、FT-IR、XPS、SEM、UV-Vis、BET等手段对改性前后的样品进行表征分析.分析结果显示,改性样品为大比表面积、多孔隙锐钛矿晶型TiO₂材料,TiO₂晶格中部分O被N取代,表面吸附酰胺化合物.与纯TiO₂相比,C-N/TiO₂对NO的催化氧化效率大幅度提高.其中C-N/TiO₂-2对NO的催化氧化率达到69。     

不同晶型TiO2的制备与光催化性能研究

采用溶胶凝胶法,利用不同温度热处理制备了不同晶体结构的TiO2纳米晶.利用XRD、SEM、EDS、XPS等分析方法对样品的晶体结构、形貌、化学元素组成以及价态进行了表征.结果表明400 ℃、500 ℃热处理TiO2为锐钛矿晶型,600 ℃ 热处理为锐钛矿金红石混合晶型,700 ℃热处理为金红石晶型,单颗粒子呈现类似球形形貌.以罗丹明B为目标污染物,测试了样品的光催化性能,结果表明400 ℃热处理TiO2具有最高的光催化活性,3 h后对罗丹明B的降解率达到94.6;,其反应速率常数达到0.969 h-1.     

Substrate effect on microstructure and optical performance of sputter‐deposited TiO2 thin films

This study deals with the role of the different substrates on the microstructural, optical and electronical properties of TiO₂ thin films produced by conventional direct current (DC) magnetron sputtering in a mixture of pure argon and oxygen using a Ti metal target with the aid of X–ray diffractometer (XRD), ultra violet spectrometer (UV–vis) and atomic force microscopy (AFM) measurements. Transparent TiO₂ thin films are deposited on Soda lime glass, MgO(100), quartz and sitall substrates. Phase purity, surface morphology, optical and photocatalytic properties of the films are compared with each other. It is found that the amplitude of interference oscillation of the films is in a range of 77‐89%. The transmittance of the film deposited on Soda lime glass is the smallest while the film produced on MgO(100) substrate obtains the maximum transmittance value. The refractive index and optical band gap of the TiO₂ thin films are also inferred from the transmittance spectra. The results show that the film deposited on Soda lime glass has the better optical property while the film produced on MgO(100) substrate exhibits much better photoactivity than the other films because of the large optical energy band gap. As for the XRD results, the film prepared on MgO(100) substrate contains the anatase phase only; on the other hand, the other films contain both anatase and rutile phases. Furthermore, AFM images show that the regular structures are observed on the surface of all the films studied. (© 2012 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

二氧化钛纳米晶囊泡微乳液在聚氨酯涂饰体系中的应用

以钛酸丁酯为原料,十六烷基三甲基溴化铵与十二烷基苯磺酸钠自组装形成的囊泡为微反应器,制备了二氧化钛纳米晶囊泡微乳液.将二氧化钛纳米晶囊泡微乳液与水性阳离子聚氨酯复配,得到聚氨酯/TiO2囊泡微乳液(UPC/TVM)复合皮革涂饰剂,采用TEM、马尔文粒径分析和紫外漫反射等方法,研究了TiO2囊泡微乳液和聚氨酯配比对涂饰剂分散、成膜、涂饰性能的影响.研究结果表明,TiO2囊泡微乳液与聚氨酯形成均一的微乳液,粒径尺寸在80 nm左右.TiO2囊泡微乳液的加入,使得UPC/TVM3膜与UPC膜相比,抗张强度、断裂伸长率和吸水性都有所提高并出现明显的抗紫外效果.UPC/TVM复合皮革涂饰剂应用实验结果表明涂层的抗水性提高,耐折性能没有改变.     

Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝染料的光催化降解行为研究

采用浸渍法制备Sm2O3掺杂TiO2的负载型光催化剂Sm2O3/TiO2,考察其在紫外可见光区对亚甲基蓝的光降解行为.利用XRD、N2吸附、SEM、TEM、XPS和ICP-OES等手段表征Sm2O3/TiO2样品,考察Sm2 O3掺杂量和亚甲基蓝浓度对亚甲基蓝紫外光降解活性的影响和催化剂Sm2O3/TiO2的催化稳定性.结果表明,Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝的紫外光降解活性高于TiO2,这归因子掺杂Sm2O3引起TiO2的晶体缺陷.这种晶体缺陷作为光生电子和空穴的陷阱实现光生电子-空穴对的有效分离,从而提高Sm2O3/TiO2的光催化活性.Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝的光降解活性随着Sm2O3掺杂量的增加先增大后减小,随着亚甲基蓝浓度的增大而减小.Sm2 O3掺杂量5.0wt;的Sm2O3/TiO2对亚甲基蓝紫外光降解的7次循环实验未出现明显失活.     

乙酰丙酮对PMMA负载锐钛矿型TiO2薄膜及其光催化性能影响

以钛酸丁酯作为钛源,水为溶剂,乙酰丙酮(AcAcH)为表面修饰剂,采用微波水热辅助溶胶-凝胶法制备了纳米晶二氧化钛水溶液,利用提拉镀膜法在聚合物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基板上沉积得到了透明TiO2纳米晶薄膜.通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光吸收光谱(UV-Vis)等对TiO2纳米颗粒和薄膜的晶相组成、表面形貌及光学性能进行表征.同时通过紫外光光催化降解罗丹明B研究了TiO2薄膜的光催化性能.结果表明:通过引入乙酰丙酮,可以得到高度分散、晶相为锐钛矿型的TiO2水溶胶,在PMMA基板上沉积得到的薄膜表面平整、致密,具有良好的透光率,经过180 min紫外光照射,对罗丹明B的降解率达到90;以上.     

高纯TiO2超微粉体的制备

以廉价的TiCl4为原料,液体石蜡为纯化剂,氨水作形核剂,制备出高纯TiO2超微粉体。用XRF分析了样品的物相组成;XRD和SEM等手段表征了粉体合成过程的物相变化和形貌特征。结果表明,TiCl4经过矿物油(液体石蜡)除钒和精馏除铁等杂质后进行水解,当TiCl4溶液浓度0.65 mol/L,水解温度60℃、反应时间2 h、pH值=7、在800℃煅烧2 h条件下,制备出TiO2的纯度达到99.9952%,晶型为金红石相,晶粒尺寸约0.65μm,形貌近球形。     

直流磁控反应溅射法制备工艺参数对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用直流磁控反应溅射法在未加热衬底上沉积TiO2薄膜,以紫外灯为光源进行了薄膜光催化降解亚甲基蓝溶液的实验,研究了沉积工艺参数和后处理退火温度对薄膜光催化性能的影响.结果表明:经过500℃退火、厚度较大的薄膜样品光催化效率较高;膜厚基本相同的样品,沉积时电源功率较小、Ar/O2流量比例较小的薄膜光催化效率较高.