硫酸钛液水解合成介孔TiO_2-SO_4^(2-)的研究

探讨了硫酸钛水解和偏钛酸焙烧时硫酸根在锐钛矿型TiO_2介孔结构形成中的作用机理;用低温氮吸附-脱附等温线、XRD、XPS、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、Hammett指示剂、艾氏卡等方法对TiO_2-SO_4^(2-)催化剂进行了表征,考察了介孔TiO_2-SO_4^(2-)固体超强酸催化剂和改性的介孔TiO_2光催化剂的组成、结构、性能和在酸催化反应、光催化反应中的活性。实验结果表明:(1)硫酸钛水解时部分硫酸根进入偏钛酸的结构中,焙烧时硫酸根和偏钛酸孔壁上的自由羟基键合,有效抑制了TiO_2晶粒的长大及晶型转变,使TiO_2保持了介孔结构、较高的比表面积和锐钛矿晶型。(2)XPS测试和IR分析说明表面上SO_4^(2-)以鳌合双配位作用形式键合在TiO_2表面,且S =O双键的强电子诱导效应和酸中心的协同作用,产生了超强酸中心。适当的硫含量、焙烧条件制得的介孔SO_4^(2-)/TiO_2的酸强度H_0<-14.52,成为固体超强酸催化剂。(3)介孔SO_4^(2-)/TiO_2固体酸催化剂可望在生物柴油的合成和Halon—1211催化降解反应中有较好的应用前景,但催化剂的稳定性有待提高。(4)与TiO_2在表面上键合的硫酸根中S=O的强电子诱导效应能促进TiO_2光生电子-空穴对的分离,延长电子-空穴对的寿命,提高TiO_2作为光催化剂的催化活性,应用在亚甲基蓝光催化氧化降解反应中显示出良好的光催化活性,远优于P25型TiO_2。