TiO_2表面羟基及其性质

TiO2表面含有丰富的羟基基团,研究表面羟基的分布和性质对理解TiO2的吸附和光催化作用本质有非常重要的意义。本文简要总结了国内外近年来关于TiO2表面羟基的研究进展,如不同晶相结构TiO2的表面羟基状态及不同晶面上羟基的种类、表面吸附水对羟基分布的影响、表面羟基的光电化学性质及其在光催化反应中的作用等。最后对TiO2表面羟基研究中存在的问题进行了分析。

医用PVC表面TiO_2-ZnO膜的制备及光催化抗菌性能研究

目的提高医用PVC表面的抗菌性能。方法采用sol-gel法制备ZnO溶胶,以P25(商品TiO_2)悬浮液为掺杂组分,制备了不同TiO_2质量分数(20%、40%、60%、80%)的TiO_2-ZnO复合悬浮液,通过提拉法将ZnO、TiO_2-ZnO、TiO_2悬浮液均匀地涂覆在医用PVC材料表面。采用XRD、SEM等技术考察了复合膜的结构和性能。采用平板菌落计数法测定了不同膜材料对大肠杆菌的光催化杀菌性能和抗细菌粘附性能。结果当TiO_2质量分数为20%时,TiO_2-ZnO薄膜的光催化活性高于ZnO;当TiO_2质量分数为40%、60%、80%时,样品的光催化活性相差不大且都低于ZnO。对ZnO膜和TiO_2-ZnO复合膜的细菌抗粘附性和光催化杀菌性的测试结果表明,ZnO膜和不同TiO_2质量分数的TiO_2-ZnO复合膜都具有一定的抗粘附性和光催化灭菌性。在抗粘附方面,TiO_2质量分数为20%的TiO_2-ZnO复合膜的性能最好,对大肠杆菌的粘附率仅为2.6%,优于ZnO膜和TiO_2膜。在光催化灭菌性方面,在波长为365 nm的紫外光照下,样品对大肠杆菌杀灭能力高低顺序为TiO_2≈20%TiO_2-ZnO>80%TiO_2-ZnO>ZnO。结论涂覆ZnO溶胶和TiO_2悬浮液混合溶胶可以明显提高医用PVC表面的抗细菌粘附性能和光催化灭菌活性,而且当TiO_2质量分数为20%时,TiO_2-ZnO具备最好的抗菌性能。

FTIR-ATR技术考察TiO_2膜对油酸的光催化氧化性能

采用Sol-Gel和PVD法在玻璃、陶瓷、铝片表面制备出TiO2膜,直接将食用油中的主成分油酸用溶剂稀释后均匀涂在膜表面,采用FTIR-ATR技术实现了对膜样品光催化自清洁性能的快速准确评价,并通过测量水的接触角评价了膜的亲水性。结果表明,Sol-Gel法和PVD法制备的TiO2/玻璃膜都具有较好的光致亲水性和光催化降解油酸性能,两者的亲水性没有明显差别,但前者的光催化活性稍优于后者。比较Sol-Gel法制备的TiO2/玻璃、TiO2/陶瓷和TiO2/铝片膜对油酸的光催化降解性能发现,光照3·5h后3个样品的降解率分别为92%,85%和46%,表明基底材料性质对TiO2膜的光催化活性有明显影响,镀在非导电性玻璃和陶瓷表面的TiO2膜比镀在导电性金属铝表面的TiO2膜对油酸有更高的光催化降解能力。

原位FTIR技术考察金红石TiO2的表面羟基及其对甲苯的光催化氧化作用

表面羟基是TiO2表面性质的一个重要组成部分,是TiO2光催化活性的一个重要影响因素。在光催化反应过程中,TiO2的表面羟基不仅能够与光生空穴反应生成羟基自由基(OH·),而且还可能成为有机物的吸附中心而改变反应物的吸附形态并影响反应物分子的催化反应,因此,研究TiO2的表面羟基有助于更深刻理解光催化反应机理。本工作以金红石TiO2为研究对象,在自制的原位红外测试系统中探测了样品在经过不同温度真空处理后,样品表面羟基的数量、种类和分布的变化;以甲苯为反应探针分子,采用原位FTIR技术研究了不同表面羟基对甲苯的吸附作用和光催化反应性能。结果表明,金红石TiO2表面含两种热稳定性不同的羟基,一类是在高温下保持相对稳定的孤立羟基,其红外吸收波数在3 724,3 700,3 652cm-1,其中3 652cm-1的吸收强度最大;另一类是热稳定性较差的氢键羟基,其红外吸收波数在3 648,3 610,3 413,3 362cm-1,这些羟基在热处理温度为250℃时几乎消失。在吸附甲苯的过程中,只有吸收波数在3 648,3 610和3 652cm-1的羟基强度减小,是甲苯的吸附中心,而其余羟基几乎不变。

锐钛矿TiO_2膜的仿生制备及表征

根据仿生制备原理,以涂渍PVA的有机玻璃为基底,异丙醇钛-乙二醇-水为沉积液,通过控制沉积液浓度、pH值和温度,在温度小于100°C的温度下合成了TiO2膜.对TiO2膜的晶相、形貌和亲水性表征,结果表明,TiO2膜的微晶晶相结构为锐钛矿相,膜对波长大于400nm的可见光透过率为75%-85%,自然风干的膜表面均匀致密,在紫外光照10min后可达到超亲水状态.

不同晶型的TiO_2膜表面光致亲水性的研究

采用Sol-gel法在石英玻璃表面制备了TiO_2膜,并经过不同温度焙烧得到不同晶相结构的TiO_2膜,同时对膜进行了XRD、UV-Vis紫外-可见吸收光谱、SEM、亲水性的表征和比较。结果表明,TiO_2膜在450℃焙烧后转为锐钛矿相结构,而700℃焙烧后则完全转变为金红石相结构。在低强度的紫外光照射下,锐钛矿TiO_2膜的亲水性优于金红石和无定型态的TiO_2膜;但是当光照强度大于1.0 mW/cm^2时,锐钛矿、金红石和无定型TiO_2膜的亲水性区别不大,无定型TiO_2膜在高强度紫外光照射下表现出良好的亲水性。

Ce0.6Zr0.4O2/TiO2的光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法制备出了Ce0.6Zr0.4O2/TiO2复合氧化物.通过XRD和DRS表征了样品的晶相和光吸收性质,通过N2吸附和O2-TPD实验表征了样品的BET比表面积和氧吸附性能,在60℃、100℃和150℃下分别考察245 nm紫外光照射下样品对丙酮的光催化氧化活性.结果表明,掺入Ce0.6Zr0.4O2可抑制TiO2晶相转变和粒径降低,并使样品比表面积增大和紫外光吸收能力增强;Ce0.6Zr0.4O2的掺入不会明显地改变TiO2的室温光催化性能;但在100℃和150℃时,复合样品Ce0.6Zr0.4O2/TiO2对丙酮的光催化转化率明显高于TiO2;掺入Ce0.6Zr0.4O2的质量分数为4%时,复合催化剂的活性最高;推测掺入Ce0.6Zr0.4O2提高TiO2光催化活性的主要原因可能与其氧的吸附性能有关.

TiO_2光催化剂的光谱研究

采用sol gel法制备了纳米TiO2 光催化剂 ,运用FTIR ,FT Raman ,DSR等光谱技术对催化剂进行了表征 ,以光催化降解油酸作为模型反应考察光催化活性。实验结果表明 ,催化剂的烧结温度对催化剂的晶相结构、半导体能带结构、光吸收性能及光催化活性均产生显著的影响 ,当烧结温度为 40 0℃时 ,TiO2 光催化剂具有最好的表观吸光度 ,最大的吸收带边 ,以及最佳的光催化活性。

掺杂TiO_2光催化膜材料的制备及其灭菌机理

采 用ｓｏｌｇｅｌ 技 术制 备了 掺杂 Ｔｉ Ｏ２ 膜， 考察 了制 备条 件对 溶胶 稳定 性的 影响 ，并 从 Ｔｉ Ｏ２光催化 反应的角 度分析 了膜功能 材料的灭 菌机 理． 结果 表明， 溶胶 化过 程中 温度 对掺 杂胶 体 形成速度及 胶体粒 径分布影 响很大， ４ ０ ℃时 制备周 期短， 胶体 稳定． Ｔｉ Ｏ２ 膜 材料 的灭 菌本 质在 于 其光照激活后 产生的 自由基 Ｏ Ｈ·和 Ｏ －２ ·直接 攻击 细 菌的 细胞 ，致 使细 菌蛋 白 质变 异 或脂 类分 解， 从而杀灭细 菌并使之 分解． Ｔｉ Ｏ２ 膜功能 材料 的灭 菌 效果 与 Ｔｉ Ｏ２ 晶相 组成 直 接相 关， 其灭 菌率 随 膜层中锐钛 矿含量 的增加而

TiO_2/SnO_2复合光催化剂的耦合效应

采用改进的 sol-gel技术制备 TiO_2/SnO_2耦合型半导体光催化剂 ,利用 XRD、气相色谱仪、粒度仪和表面光电压装置等研究了耦合型半导体光催化机理和光催化效率的影响因素 ,并通过降解甲醛探讨其在空气污染治理中的作用 .实验结果表明 ,添加 20％ (mol) SnO_2的复合半导体光催化剂 ,其光催化效率比纯 TiO_2高一倍以上 .据实验结果和粒子紧密堆积原理 ,提出强耦合效应和弱耦合效应的光催化反应模型 ,并用此模型较好地解释了 TiO_2/SnO_2复合型半导体光催化剂的光催化效率随 SnO_2含量变化规律 .

光催化抗雾膜材料的制备及其亲水性研究

采用改进的 Sol-Gel技术制备负载型复合光催化抗雾膜材料 ,利用 XRD,AES和接触角测定等手段研究了膜厚度、热处理条件及光照条件等因素对膜材料亲水性的影响 .结果表明 ,光催化抗雾膜的亲水性受控于 Ti O2 的晶型和膜比表面 ,大比表面和高锐钛矿含量可降低膜对水的接触角 .膜的厚度通过改变催化剂量和光利用率影响材料的亲水性 .膜材料亲水性对光照强度的响应呈阶跃特性 。

磁场对光催化反应羟基自由基生成速率的影响

以对苯二酸作为Pt/TiO2光催化反应所产生的羟基自由基(?OH)的捕获剂,采用荧光技术考察外加磁场对羟基自由基(?OH)生成速率的影响,结果表明,与常规的光催化反应相比,外加磁场可使样品表面羟基自由基的生成速率提高11.7%.

卤素离子对TiO_2薄膜光致亲水性的影响

将卤化钾盐KX(X=I、Br、Cl、F)分别引入至TiO2溶胶中,利用提拉法在载玻片上制得含有卤素离子的TiO2-X薄膜样片,通过测试样片紫外光照下水滴接触角的变化,考察了不同浓度的KI以及不同卤素离子对TiO2薄膜光致亲水性能的影响,并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化,比较了含TiO2-I和TiO2-F薄膜样片亲水性能的持久性.结果表明,适量的KI有助于提高TiO2薄膜的光致亲水性,当TiO2溶胶中KI浓度为1.0×10-5mol·L-1时,其所制得TiO2薄膜的光致亲水性最好,继续增大KI浓度时,薄膜的光致亲水性逐步下降,当KI浓度达1.0×10-2mol·L-1时,其光致亲水性较纯TiO2薄膜差;同时,适量的KBr、KCl加入也有助于提高TiO2薄膜的光致亲水性,且随KI>KBr>KCl的顺序逐渐减弱,但KF的加入降低了薄膜的光致亲水性;另外,卤素离子的加入还有助于提高TiO2薄膜亲水性能的持久性,且KF>KI.分析认为,卤素离子对TiO2薄膜光致亲水性的影响与其给电子或捕获光致电子作用有关,并提出了其作用模型,而卤素离子与亲水基团(羟基)的氢键作用是使KX-TiO2薄膜能够延长亲水性时间的原因.

光催化功能陶瓷及其光降解特性

本研究制备了表面镀有光催化剂薄膜的光催化陶瓷 ,并利用XRD、色谱、原位红外光谱和分光光度计等研究了其光催化降解油酸、乙烯、SO2 、NOx 和灭菌的特性 .结果表明 ,通过控制制备条件得到的光催化陶瓷具有较强的降解有机污染物、去除无机有害气体和灭菌等功能 .光催化功能陶瓷对乙烯、油酸、SO2 和NOx 的降解率达到 95 %～ 1 0 0 % .

光催化氧化技术在室内环境化学污染治理中应用

该文简要介绍了室内环境污染的现状及近年来快速发展起来的光催化技术在其治理方面的应用。

ZnO压敏电阻器原材料的理化分析

本文通过对ZnO压敏电阻原材料的理化分析,提出了对原材料的具体要求,从而提高了ZnO压敏电阻器的性能。

N_2O在Cu/t-ZrO_2(101)表面的吸附与解离

运用广义梯度密度泛函理论结合周期性平板模型方法研究了N2O在完整及负载Cu的四方相ZrO2(101)表面的吸附与解离.结果表明,N2O在完整ZrO2(101)表面的吸附均为物理吸附,Cu在其完整表面的次表层第一氧位为最稳定吸附位,且覆盖度为0.25ML时的吸附最为稳定,吸附能为155.8kJ/mol;N2O分子中O端弱物理吸附于Cu/ZrO2(101)表面,其N端及平行吸附方式得到的稳定吸附能分别为121.6和66.8kJ/mol.频率及电荷布居计算表明,吸附后对称和反对称伸缩振动频率均发生红移,电子由Cu负载底物表面转移给N2O分子.对N2O分子的解离考虑了N端垂直吸附和平行吸附两种解离反应过程,发现平行吸附过程的解离更易发生.

疏水吸附分离酵母 S.Cerevisiae 中的 L-天门冬氨酸酶的研究(英文)

研究了疏水柱吸附分离工业酵母（Ｓ．Ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）中的Ｌ－天门冬氨酸酶．考察了三种疏水吸附剂ＴｓｋｇｅｌＢｕｔｙ＿Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ，ＴｓｋｇｅｌＰｈｅｎｙｌ＿Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ和ＴｓＫｇｅｌＥｔｈｅｒ＿Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ６５０Ｃ的吸附性能．研究表明，通过选择控制流动相的ｐＨ值和离子强度，一次吸附过程中Ｌ－天门冬氨酸酶的分离纯化纯度可提高１４倍并保持较高的活性。实验还考察了吸附等温线类型和温度等因素的影响．结果表明，酵母中分子的电荷和疏水性是疏水柱吸附的重要影响因素．

未澄清酵母均化液中 L-天门冬氨酸酶的分离——疏水膨胀床直接吸附法(英文)

研究了用疏水膨胀床直接从未澄清酵母（Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ）均化液中分离Ｌ－天门冬氨酸酶的过程．吸附和冲洗采用膨胀床模式，而酶的洗提采用沉降床模式．在适当的疏水条件下，膨胀床中的疏水吸附剂（ＴｓｋｇｅｌＰｈｅｎｙｌ＿Ｔｏｙｏｐｅａｒｌ６５０Ｃ）可从未澄清均化液中直接捕集分离Ｌ－天门冬氨酸酶．通过梯度洗提，一次膨胀床吸附过程中，酶活的洗脱率为９５％，均化液中酶的总回收率为６５％，洗脱液纯度为１３倍．本方法将膨胀床和疏水性吸附的特长有机地结合起来，是生物活性蛋白酶分离纯化的一个重要手段．

TiO_2对流感病毒(H1N1)灭活作用的研究

利用滴度测定和透射电镜观察研究了365 nm的紫外光照射下TiO2对流感病毒(H1N1)的灭活性能,并结合催化剂样品的XRD分析、N2气吸附性能测定及其在实验条件下的表面Zeta电势的测量结果,探讨了催化剂用量、焙烧温度、比表面积以及表面电性与灭活性能的关系.研究结果表明,400℃时焙烧的TiO2对H1N1的灭活性最好;TiO2的表面电性对灭活性有显著影响;TiO2对H1N1的光催化灭活作用首先发生在H1N1的纤突部分,纤突部分的破坏导致H1N1的失活,分解直至矿化.