锐钛矿相纳米TiO2晶体生长动力学及生长过程控制

研究了采用溶胶-凝胶法经由前驱物钛酸四异丙酯水解制备纳米TiO₂结构相变及锐钛矿晶体生长动力学过程. 研究结果表明,在酸性条件下水解,由于高压热处理温度的变化导致锐钛矿向金红石相的结构相变,锐钛矿相纳米TiO₂生长活化能在250℃以下和以上分别为(15.8±4.5)kJ/mol和(80.2±1.0)kJ/mol;而在碱性条件下水解的活化能值为(3.5±0.4)kJ/mol. 在不发生结构相变的条件下,酸性水解条件下锐钛矿相纳米TiO₂生长速 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 锐钛矿 生长动力学 溶胶-凝胶法     

锐钛矿相纳米TiO2晶体生长动力学及生长过程控制

研究了采用溶胶-凝胶法经由前驱物钛酸四异丙酯水解制备纳米TiO2结构相变及锐钛矿晶体生长动力学过程. 研究结果表明,在酸性条件下水解,由于高压热处理温度的变化导致锐钛矿向金红石相的结构相变,锐钛矿相纳米TiO2生长活化能在250℃以下和以上分别为(15.8±4.5) kJ/mol和(80.2±1.0) kJ/mol;而在碱性条件下水解的活化能值为(3.5±0.4 kJ/mol. 在不发生结构相变的条件下,酸性水解条件下锐钛矿相纳米TiO2生长速率相比没有碱性条件下快,即表明在酸性条件下提高锐钛矿生长速率主要依靠提高温度来实现,而在碱性条件下,可以通过延长高压热处理时间使得晶体生长速率加快,该研究成果对实现锐钛矿相纳米TiO2晶体尺寸控制和将来批量化制备提供了理论和实验指导.     

混晶Zr掺杂Pt/TiO2催化剂光热催化氧化苯

以TiOSO4和ZrOCO3为原料,采用共沉淀法制备了zr掺杂量为5%的TiO2样品,分别于500,650及700℃焙烧,然后采用等体积浸渍法负载贵金属Pt(0.5%)制得系列复合催化剂,并采用X射线衍射、N2物理吸附、紫外-可见漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱及X射线光电子能谱对催化剂进行了表征.结果表明,Zr的掺杂提高了TiO2的晶型转变温度,催化剂的比表而积和TiO2品格缺陷增加,产生了较多的氧空位,催化剂的表面羟基和禁带宽度增加.适宜的锐钛矿/金红石混晶有效地分离了光生电子与空穴.催化剂在200℃和30W紫外光辐照卜进行光热催化氧化气相苯实验,结果表明,zr掺杂显著提高了催化剂活性,反应速率常数提高了62%～90%,适宜金红石相含量的混晶型催化剂活性较单-锐钛矿相更高,其中,650℃焙烧的zr掺杂混晶(含金红石8%)催化剂活性最高.气相苯的光热催化过程不是光催化与热催化的简单叠加,而是存在协同作用.     

铈掺杂Ti／TiO2电极的制备及催化降解油田废水性能

用溶胶-凝胶法制备了稀土(Ce)掺杂TiO2电极,优化了制备改性TiO2电极的稀土掺杂量、热处理温度及热处理时间. 借助于油田废水化学需氧量(COD)去除情况分析了电极的电催化氧化能力,并分析了电极结构与电催化特性之间的关系. 采用SEM, EDX和XRD分析了制备电极的表面形貌、元素组成和晶体结构. 结果表明,掺杂Ce后电极的表面凹凸感变小,表面更为平滑、致密,几乎没有裂缝,这种均匀一致的高密度小碎片结构可能具有较大的表面粗糙度和比表面积,有利于催化反应. TiO2电极的晶体结构主要为锐钛矿型. 稀土的掺入使得晶相所对应的衍射峰强度变弱且峰形宽化,说明适量Ce的掺杂使涂层表面TiO2晶粒细化了. 在掺杂比为Ti∶Ce=100∶1.5, 热处理温度为450 ℃, 热处理时间为 90 min 时制备的掺杂Ce元素的电极性能最好,此电极对目标有机物COD去除率达到80%, 而不掺杂稀土元素的Ti/TiO2电极为阳极时COD去除率在同样时间内仅为62%, 说明稀土的掺杂提高了电极催化性能.     

高热稳定性锐钛矿型Nd掺杂纳米TiO2的制备与表征

以钛酸丁酯为原料,采用溶胶凝胶法合成了纯TiO2与Nd掺杂TiO2纳米粉体,对其进行了350℃至850℃的热处理.利用XRD、SEM、和EDS对粉体的晶型结构,微观形貌和元素成分进行表征,研究了Nd掺杂对TiO2晶粒尺寸以及晶型转变的影响.结果表明:样品晶粒尺寸达到纳米级别,Nd掺杂后TiO2晶粒尺寸减小.纯TiO2在550℃时已经有金红石生成,750℃完成锐钛矿向金红石的转变;Nd掺杂TiO2在750℃时仍然是锐钛矿,850℃时有少许金红石生成,Nd掺杂提高了TiO2锐钛矿结构的热稳定性.     

稀土金属Y掺杂锐钛矿TiO2(101)表面的改性

为了掌握Y原子掺杂在锐钛矿TiO₂(101)表面的稳定吸附位置和电子结构变化,提高其表面光催化活性,本文利用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Y原子掺杂在完美的、带有亚表层氧空位和带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面的结构稳定性和电子性能。结构优化和电荷密度结果表明,Y原子可以稳定吸附在三种不同的表面上。在完美表面吸附时,Y原子最稳定的吸附位置是两个三配位O原子之间的空位;与完美表面类似,在带有亚表层氧空位表面吸附时,Y原子最稳定吸附位置是与氧空位邻近的两个三配位O原子之间的空位;而在带有表层氧空位表面吸附时,Y原子则停留于氧空位邻近的四配位Ti原子位置上最稳定。电荷密度计算结果也表明Y原子与这三种表面结合非常稳固。电子态密度计算结果表明,在带有表层氧空位的锐钛矿TiO₂(101)表面引入Y原子会在费米面附近的带隙中引入缺陷态,带隙从1.67 eV降至1.44 eV,这有可能引起电子的分级跃迁,提高表面光催化能力。本文的研究为利用单原子Y掺杂提高TiO₂(101)表面光催化能力提供了理论...     

纳米TiO2薄膜的结构及光催化特性

利用磁控溅射方法在单晶硅和石英衬底表面沉积TiO2薄膜. 通过调节实验参量,制备出不同结构的TiO2薄膜. 通过X射线衍射、扫描电镜、拉曼光谱、吸收光谱等对样品进行表征,同时对不同结构的TiO2薄膜的光催化特性进行分析,发现具有网络状结构锐钛矿相的TiO2薄膜具有更高的光催化能力. 本文对不同薄膜的表面形貌和生长机理进行分析,并讨论TiO2结构和表面形貌对其光催化特性的影响.     

锐钛矿相TiO2(101)表面对有机分子不同官能团微观吸附的机制

挥发性有机化合物(VOCs)严重危害了生态环境和人体健康,因此对具有典型官能团的VOCs气体进行灵敏检测具有重要意义.文章研究了具有典型官能团的VOCs气体C₂H₂、C₂H₄、HCOOH、CH₃OH、HCHO和CH₃COCH₃分子在锐钛矿相TiO₂(101)表面吸附的传感特性.结果表明：具有氧空位缺陷的表面对极性分子吸附时,偶极矩越大,吸附体系越稳定;对非极性分子吸附时,C原子成键饱和程度越低,吸附体系越稳定.分析发现,差分电荷密度和电荷布局体现出偶极矩大小和C原子成键饱和程度对气体分子得失电子能力的影响.对于极性分子,气体分子官能团中O原子得到电子的能力为OCH₃COCH₃>OHCHO>OCH₃OH>OHCOOH;对于非极性分子,官能团中C原子得到电子的能力为CC₂H₂>CC     

异丙醇在锐钛矿TiO2(101)表面的光化学

通过程序升温脱附谱的方法探究了266 nm激光照射下异丙醇在锐钛矿TiO₂（101）表面的光化学,并提出了详细的解离机理.在光照作用下,异丙醇发生分步解离：首先,O-H键断裂生成异丙氧基;然后,仲碳的C-H键在光照的作用下进一步发生解离,从而生成丙酮,两步生成的氢原子均转移到相邻的桥氧上.在升温过程中,这部分氢原子会与分子态的异丙醇发生置换反应,从而以低温水和高温异丙基的形式从表面脱附出来.     

大气可吸入颗粒物中锐钛矿的发现及意义

激光拉曼微探针(laser Raman microprobe,简称LRM)能将激光聚焦在1 μm2的极小区域进行分子成分和结构的微区分析,是一种可靠的物相鉴定手段,非常适用于单个微小颗粒物的物相鉴定。文章利用LRM对北京市大气可吸入颗粒物(PM₁₀)进行单颗粒物相分析 将实验图谱与Renishaw矿物与无机材料拉曼光谱数据库中标准图谱进行对比,通过简正坐标分析对谱带进行指认和对各谱峰分子类型及振动模进行归属,首次在PM₁₀中发现了锐钛矿型TiO₂,其实验图谱具有638 cm-1处的较强峰以及398和517 cm-1处中等强度峰,为O—Ti—O特征振动,确认了大气中富Ti颗粒的矿物物相为锐钛矿型TiO₂。锐钛矿型TiO₂是一种重要的光催化剂,锐钛矿与其他矿物颗粒(尤其是含Ca碳酸盐)的聚集能够加剧非均相反应的发生。锐钛矿的晶体结构及所处大气环境的相对湿度和pH值对其光催化反应有重要影响。