黑色TiO2纳米材料的改性策略研究进展

与传统TiO2相比,黑色TiO2具有独特的结构和性能,表现出更强的光催化活性,并已广泛应用于环境和能源领域,涉及有机污染物的光降解、光电水解制氢、锂电池、燃料电池、超级电容器等。为进一步提高黑色TiO2催化剂光催化性能,研究人员对黑色TiO2进行了改性研究。本文概述了黑色TiO2性能特征;对黑色TiO2的改性手段进行归类,包括形貌设计、结构调控、材料复合、晶相与晶面调控和贵金属沉积。系统阐述了不同改性方法对黑色TiO2光催化性能的影,最后对黑色TiO2的改性策略进行了总结与展望。

黑色TiO2/泡沫镍的制备及可见光催化室内甲醛的研究

采用阳极氧化法+两段式铝还原法+浸渍法制备出黑色TiO2/泡沫镍催化剂,通过SEM表征手段对催化剂负载形貌进行表征,考察了煅烧温度、浸渍次数对甲醛降解效率的影响。结果表明,TiO2与泡沫镍结合牢固,分布均匀。当煅烧温度为400℃、浸渍次数2次时,TiO2/泡沫镍催化剂上甲醛的降解率达到最大的78.3%。

黑色TiO2/MoS2的制备改性及其光催化性能

由于宽带隙、不能吸收可见光以及光生载流子易复合等问题限制了二氧化钛(TiO2)在光催化领域的应用。为了提升TiO2光催化活性,首先通过电化学还原法将TiO2自掺杂成为黑色TiO2,将其吸收光谱从紫外光扩展到可见光。然后,引入二硫化钼(MoS2)纳米颗粒构建自掺杂TiO2/MoS2异质结抑制光生载流子复合,提升其能量转换效率。同时,优化MoS2纳米颗粒质量比(2%、3%、5%和7%),进一步提升复合物光催化性能。实验结果表明:掺杂质量分数5%的MoS2的黑色P25-TiO2/MoS2复合物光催化性能最佳,30 min内可降解质量分数97%的RhB,而自掺杂的黑色TiO260 min仅降解质量分数91%的RhB。因此,构建掺杂TiO2/MoS2异质结能明显提升整体性能。

自支撑黑色TiO_2圆球的制备及其光催化性能的研究

为探索自支撑黑色Ti O2在可见光下降解有机污染物的催化性能,以粒径为385 nm的单分散白色Ti O2圆球为前驱体,再经H2氛500℃处理得到形貌尺寸未有明显改变的黑色Ti O2圆球。XRD和Raman结果表明黑色和白色Ti O2圆球的晶型为锐钛矿相;与白色Ti O2圆球相比,黑色Ti O2圆球的比表面积增大但是其带隙宽度降低为2.72 e V;黑色、白色Ti O2圆球和P25在可见光照下催化降解MB结果表明,黑色Ti O2圆球具有较好的催化活性,循环使用10次后,其催化活性没有明显衰减。

脉冲激光喷涂一步合成黑色二氧化钛复合涂层

为实现黑色纳米TiO_2有效负载,提高实际应用能力,本研究提出了脉冲激光溅射喷涂的方法。在石英玻璃基底上一步制备了非晶分子筛和金红石型TiO_2纳米晶的黑色复合涂层,表征了复合涂层表面形貌,测定了复合涂层粉末的光谱吸收性能、物相结构、化学价态以及光催化性能。研究结果表明:涂层为2～5μm球体堆积成的多孔结构,在整个可见光区具有较强的吸收能力。脉冲激光溅射喷涂过程中,分子筛高温熔融急冷转变为非晶态结构,TiO_2则由锐钛矿型转变为金红石型;其中Ti^(4+)离子部分被还原为Ti^(3+)离子,缩小了禁带宽度。脉冲激光溅射喷涂技术实现了黑色纳米TiO_2快速负载,且在全光谱和可见光条件下仍表现出良好的光催化能力。