Zn(Ⅱ)在TiO2表面上的微观吸附模式研究

用延展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术并结合密度泛函理论(DFT)研究了Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2表面上微观吸附结构。EXAFS结果表明,Zn(Ⅱ)在吸附时由自由水合状态下的Zn—O六配位八面体结构向四配位四面体结构转化,中心Zn原子的第二配位层存在两种不同的Zn—Ti距离(R1=0.371和R2=0.332nm).用DFT方法对四配位水合Zn离子在簇Ti2O11H14上进行优化后发现,四配位的Zn—O平均距离为0.200nm;外层Zn—Ti结合存在两种稳定的吸附模式:单角吸附模式和更加稳定的双角吸附模式,其Zn—Ti距离分别为0.369和0.335nm.EXAFS结果与DFT计算结果吻合,说明Zn(Ⅱ)在锐钛型TiO2表面上存在不同的亚稳平衡态吸附结构.

微波辅助ZnS@m-TiO2组装体的制备及其发光性能研究

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作结构导向剂,钛酸四丁酯为钛源,采用软模板法水热制备介孔TiO2(m-TiO2)主体基质.在浸渍处理的基础上,利用微波辅助水热法快速合成ZnS@m-TiO2主客体组装体.使用XRD,FTIR,UV-Vis-DRS和SEM等对组装体进行物相、孔结构等方面的表征.制备的组装体具有较好的亚微米粒度分布,孔径分布均匀,ZnS主要组装在m-TiO2的孔道结构中.组装体在605 nm处具有显著发光性能,其发光机制主要表现为缺陷发光,可以归属于S空位缺陷和在临近m-TiO2表面层ZnS(O2^-)的辐射跃迁形式复合导致的.

Zn掺杂浓度对Zn-TiO2相变的影响

采用溶胶凝胶法制备了纯TiO2以及不同浓度Zn掺杂TiO2纳米粉末。利用XRD、SEM和XPS等对其进行了表面形貌、晶体结构、元素组成与价态研究。讨论了Zn掺杂浓度对TiO2锐钛矿/金红石相变的影响。结果表明：纯TiO2在300℃时为锐钛矿,在500℃时出现少许金红石,750℃时全部为金红石;Zn掺杂能细化晶粒并且能促进锐钛矿向金红石的转变,增大Zn掺杂浓度以及提高热处理温度有利于ZnTiO3的生成。

Zn、Co单掺杂及Co-Zn共掺杂TiO2纳米材料协同抗菌效应的研究

采用溶胶-凝胶法对TiO2进行Zn、Co单一掺杂及Co-Zn共掺杂改性。以大肠杆菌、金葡萄球菌、白念球菌为实验菌种,研究在可见光照射下各掺杂元素、反应因素对对抗菌活性的影响。运用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和紫外可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)等测试手段对材料进行表征。实验结果表明,Zn离子掺杂可以引起TiO2能级结构的变化,既可以接受TiO2价带上的激发电子,也可以吸收光子使电子跃迁到TiO2的导带上,另外Zn/TiO2纳米材料中含有27%的ZnTiO3,ZnTiO3具有光催化活性,能够抑制菌种生长;Co/TiO2纳米材料掺杂改性抗菌剂中,Co组分的存在通过抑制TiO2的晶粒长大,使TiO2晶粒尺寸减小,从而增大晶粒的比表面积。Co离子单掺杂在TiO2能隙中引入了Co4f杂质能级,即TiO2的价带与Co的4f电层间发生了迁移,生成捕获能级,降低了禁带宽度,增加了Co/TiO2对可见光的吸收,增进抗菌剂的光催化性能,提高抗菌性;Co-Zn/TiO2纳米材料的抗菌效果最优,Zn、Co共掺杂TiO2促进了Zn、Co离子的溶出。由于Zn、Co离子本身也具有杀菌作用,它们渗透细菌细胞壁并抑制酶活性导致细菌死亡,但是可能由于对微生物攻击的目标不同,当微生物同时接触Zn和Co离子时,细胞膜上的不同位置都受到了攻击,导致更有效的损伤。

Zn掺杂TiO2对罗丹明B的降解研究

采用溶胶—凝胶法制备了不同浓度Zn掺杂以及纯TiO_2纳米材料,对其进行了450℃保温1 h的热处理.采用X射线衍射与荧光光谱对样品进行晶体结构以及光生电子空穴复合分析.结果表明:随着Zn掺杂浓度的增加,TiO2晶粒尺寸变小,平均晶粒尺寸在10~15 nm之间;少量浓度Zn掺杂会促进锐钛矿相向金红石相的转变.以罗丹明B的降解为目标反应物来分析Zn掺杂TiO2的光催化性能.结果表明:Zn掺杂后光催化性能低于纯TiO2,反应120 min后,纯TiO2对罗丹明B的降解率达到了98.0%,其反应速率常数k为0.030 min^-1.

溶胶-凝胶法合成的TiO2和Fe、Zn和Si掺杂TiO2 纳米粉体的光催化研究

利用溶胶-凝胶法合成了纳米尺寸的TiO2和Fe,Zn和Si掺杂的TiO2纳米粉并进行了粉体微观结构和晶体结构的表征.通过纳米粉对甲基橙的分解研究了合成粉体的光催化特性.溶胶-凝胶法制得的TiO2纳米粉具有比商业TiO2高的光催化活性:但掺杂5%Fe,Zn或Si却没有带来TiO2的光催化活性的提高.

纳米TiO2颗粒对电沉积Zn-Ni合金镀层组织及其耐蚀性的影响

为研究纳米粒子对于Zn-Ni合金镀层质量的影响,以双向脉冲电沉积方法制备了ZnNi-TiO2复合镀层,主要从微观形貌、成分、厚度和耐蚀性对镀层进行评价。经研究表明,纳米TiO2颗粒的引入对于所得复合镀层的形貌及成分均有一定的影响,且具有细化晶粒的作用。TiO2颗粒会占据阴极表面的活性位点,抑制Zn2+和Ni2+的沉积。除此之外,TiO2颗粒会破坏Zn(OH)2膜的连续性,在颗粒尺寸较大时破坏性更严重,对于Zn2+沉积的阻碍更为明显。同时,纳米TiO2颗粒的引入会增加镀层厚度,并提高耐蚀性。

Zn-TiO2复合镀层在硫酸盐还原菌环境下的腐蚀特性

将纳米TiO2和锌复合制备涂层用于SRB环境中的防腐蚀研究报道较少。对20钢电沉积Zn-TiO2复合镀层进行保护,研究了Zn-TiO2复合镀层在硫酸盐还原菌(SRB)环境下的腐蚀特性。通过静态挂片试验以及形貌、成分分析,对在SRB环境下的试样进行表征和性能测试;通过开路电位和阻抗谱研究了试样在SRB环境下的电化学腐蚀行为。结果表明:在SRB条件下,Zn-TiO2镀层腐蚀速率比20钢的小;20钢表面附着有大量SRB,Zn-TiO2镀层表面附着有微量SRB;腐蚀后,Zn-TiO2镀层表面Zn含量最高,主要元素中没有Fe元素;Zn-TiO2镀层在钢片上形成有效的阴极保护;镀有Zn-TiO2层的20钢在SRB环境下具有较好的抗腐蚀性。

Solvothermal Synthesis and Visible Photocatalytic Activity of Zn0.4Cd0.6S/TiO2/Reduced graphene oxide Nanocomposite

Zn0.4Cd0.6S/TiO2/Reduced graphene oxide(Zn0.4Cd0.6S/TiO2/RGO)nano-photocatalyst was synthe-sized by a facile solvothermal method.During the reaction,TiO2 and Zn0.8Cd0.2S nanoparticles were evenly dispersed across the surface of RGO,which enhanced response to visible light.The photocatalytic activity of as-synthesized Zn0.4Cd0.6S/TiO2/RGO nanocomposite was studied by means of degrading methylene blue(MB)through the irradiation of visible light.Compared with other nanocomposites,the Zn0.4Cd0.6S/TiO2/RGO nanocomposite showed the highest photocatalytic degradation efficiency(96%)and high stability,which was 5.4 times of photodegradation efficiency of pure TiO2.

锌掺杂TiO2光催化剂的研究

采用溶胶-凝胶法制备了锌掺杂TiO2粉体(Zn-TiO2),采用XRD、TEM、UV-Vis、PL等方法对其进行表征和分析。结果表明,Zn掺杂降低了TiO2的相转变温度,拓展了TiO2对可见光的吸收范围,有效地抑制了光生电子-空穴对的复合。光催化降解亚甲基蓝(MB)的实验表明,n(Zn)∶n(Ti)=0.045,400℃烧结的Zn-TiO2粉体具有最佳光催化性能,在普通日光灯下对亚甲基蓝的降解率达95.77%,明显优于德国Degussa公司生产的P25纯TiO2光催化剂对亚甲基蓝的降解率44.95%。

Zn^(2+)掺杂高岭石基纳米TiO_2光催化材料的表面特性研究

基于高岭石表面是以Si-O键为主的亲水表面且具有巨大比表面积,易于复合光催化优异的TiO2膜。以高岭石为基材,溶胶-凝胶法制备了具有光催化活性的Zn2+掺杂TiO2/高岭石复合光材料。采用XRD、FTIR、Raman、XPS等技术对材料的晶体结构、分子结构、表面元素组成及化学态、纳米TiO2晶体膜的覆盖面积进行表征分析。结果表明:Ti-O与高岭石结构的Si-O发生化学键合,在高岭石表面形成Si-O-Ti键合的纳米TiO2晶体膜,占高岭石表面积的91.35%。掺杂的Zn2+只是在TiO2晶体表面复合氧化成红锌矿,而不能进入TiO2晶格。物理化学复合增加了基材高岭石表面晶体缺陷,有利于TiO2晶体表面光生载流子的增生和传输。

改性累托石负载Zn-TiO_2复合催化剂的制备及其光催化性能的研究

以碳酸钠对累托石进行改性,并以改性后的累托石为载体,通过溶胶-凝胶法合成改性累托石负载Zn-TiO_2的复合催化剂。采用X射线衍射(XRD)仪、扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外变换光谱(FTIR)仪、比表面积和孔隙分析仪对催化剂进行表征,研究煅烧温度和Zn掺杂量对催化活性的影响。通过氧化基团捕获实验和复合催化剂重复使用实验,研究了复合催化剂催化氧化酸性大红3R的催化机制和稳定性。结果表明,合成的最优复合催化剂煅烧温度为500℃,Zn掺杂量为0.8%(质量分数),在光照时间为90min时对酸性大红3R的降解率达到100%左右。重复使用3次后,酸性大红3R的降解率下降到78.23%。负载Zn-TiO_2后改性累托石的层状结构变为了片状结构。采用改性累托石作为载体时,其煅烧温度不宜超过700℃。酸性大红3R的降解是以羟基自由基氧化为主,超氧自由基氧化和抑制光生电子-空穴的重新复合为辅的共存氧化机制。

Zn-TiO_2纳米微粒复合镀层中TiO_2共析量的测定

在硫酸介质中，Ti^4＋与H2O2生成桔黄色络合物，选出最佳测定波长为400nm；研究了酸度、显色剂用量、显色时间及共存离子对测定结果的影响。结果表明，钛在0～10．5μg／mL范围内遵守朗伯比尔定律，其表观摩尔吸光系数为1．73×10^3L／（mol·cm）。此方法简便、准确，用于锌基TiO2纳米微粒复合镀层中TiO2共析量的测定是可行的。

纳米TiO_2∶Zn薄膜电极紫外光电特性研究

采用sol-gel法制备了Zn2+掺杂的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极.通过光电流作用谱和电流-电位(I-U)曲线研究了掺杂不同浓度Zn2+的TiO2薄膜电极的光电特性.由光电流作用谱可知,Zn2+的掺杂可显著影响薄膜电极的光电流大小,且掺杂的最佳浓度与薄膜晶粒尺度有关.在320nm单色光照射下,掺杂浓度(摩尔浓度)为0.1%的薄膜电极光电流最大,与未掺杂的本征薄膜电极相比增幅达40%.I-U曲线表明,光照下,随电极电位由正到负逐渐降低,不同掺杂浓度的TiO2薄膜电极中均出现了阳极电流向阴极电流转换的现象,且Zn2+掺杂浓度可影响电极阳极电流的初始电位.另外,无光照的暗态下,各薄膜在负电位区域观察到了相似的随电位降低而迅速增大的阴极暗电流.

静电纺丝制备Zn掺杂TiO_2复合纳米纤维

以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为络合剂与钛酸异丙酯、醋酸锌混合制得前驱体溶液,用静电纺丝法制得PVP/Ti(OCH(CH3)2)4/Zn(CH3COO)2复合纳米纤维,经700℃煅烧后,生成直径约300～400nm的Zn掺杂TiO2复合纳米纤维。研究结果表明,前躯体溶液的浓度、纺丝电压和接收距离对纤维的形貌和结构有较大的影响。通过差热-热重分析、红外光谱、扫描电镜、粉末X射线衍射等手段对纳米纤维进行了表征。在日光照射下以Zn掺杂TiO2复合纳米纤维光降解亚甲基蓝溶液,光降解效率优于TiO2纳米纤维。

Zn掺杂改性TiO_2的制备及其光催化性能研究

利用溶胶-凝胶法制备了Zn掺杂改性TiO_2催化剂。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜对制备的光催化剂进行表征,考察了该催化剂对亚甲基蓝废水的光催化降解性能。结果表明,Zn成功掺入TiO_2中,Zn掺杂改性TiO_2和纯TiO_2均属于锐钛矿TiO_2晶型。在催化剂投入量为1.5g/L、亚甲基蓝质量浓度为10mg/L、降解时间为0～2h条件下,Zn掺杂改性TiO_2催化剂对亚甲基蓝溶液的降解率超过60%,明显高于纯TiO_2的降解率。

ZnS在TiO_2纳米管上的分散对其光催化降解染料废水的影响

水热法制备了TiO2纳米管,并采用简单加热回流的方法制备了ZnS/TiO2纳米复合材料。采用TEM、XRD分析手段对产物进行表征,并对其光催化降解酸性玫瑰红B(AR)染料废水进行了研究。考察了反应物供给速率、硫化锌复合量、催化剂稳定性、光照对光催化降解效果的影响。研究表明控制反应物供给速率和硫化锌的负载量可使硫化锌在二氧化钛纳米管表面均匀分散。当染料废水初始浓度为10mg/L,ZnS:TiO2=8:1时,ZnS/TiO2复合材料光催化活性最高。且催化剂稳定性较好。

MS(M=Cd或Zn)纳米粒子负载TiO_2纳米线的制备及可见光催化性能

以具有层状结构的钛酸盐纳米线、CdCl2或ZnSO4及硫代乙酰胺为原料,采用两步水热合成法制备了高温稳定的六方相CdS或低温稳定的立方相ZnS纳米粒子负载的TiO2纳米线复合材料。首先,CdCl2或ZnSO4与钛酸盐纳米线在水热条件下进行离子交换制得含Cd2+或Zn2+的钛酸盐纳米线;然后,在硫代乙酰胺溶液中于160℃下直接处理含Cd2+或Zn2+的钛酸盐纳米线就可获得负载有硫化物纳米粒子的TiO2复合纳米线。它们在酸浸后,TiO2纳米线的表面仍存在少量硫化物纳米粒子。通过测试酸浸后样品、纯TiO2纳米线和商用P25对亚甲基蓝水溶液的可见光催化降解实验结果证实,含CdS纳米粒子样品的光催化活性最高。

Zn掺杂TiO_2纳米管的制备与光催化活性

采用浸渍法制备了Zn掺杂的TiO2纳米管,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射图谱(XRD)和紫外-可见光谱(UV-Vis)等对TiO2纳米管薄膜的结构与性能进行了表征,研究了Zn2+浓度、浸渍时间、循环次数等因素对TiO2纳米管薄膜结构、形貌与光催化性能的影响。结果表明,TiO2纳米管薄膜的光吸收随着浸渍Zn(NO3)2溶液浓度的升高先增强后减弱,在溶液浓度为0.1 mol/L时制备的TiO2纳米管薄膜光吸收最好;其光催化活性随着浸渍Zn(NO3)2溶液浓度的升高而先升高后减小,浸渍Zn(NO3)2溶液浓度为0.1 mol/L时制备的TiO2纳米管薄膜光催化效果最好,在紫外光照射120 min时达到了91.5%。

Zn掺杂TiO_2薄膜紫外探测器及其光电性能研究

采用射频磁控溅射的方法制备Zn掺杂TiO2薄膜,用XRD、SEM和UV-Vis分别表征TiO2薄膜的晶体结构、表面形貌及其紫外-可见光吸收谱。并用此材料制备Au/TiO2/Au结构MSM光电导型薄膜紫外光探测器,研究其光电特性。实验结果表明,Zn掺杂TiO2紫外探测器在250nm、5V偏压紫外光照下光电流约为500μA,其响应度为100A/W,平均暗电流约为0.5μA;由于ZnO/TiO2复合薄膜之间的费米能级不同而形成的内建电场作用,减少了产生的光生电子与空穴的复合,得到较强的光电流。且其光响应的上升迟豫时间约为22s,下降响应时间约为80s;响应时间较长是由于广泛分布于薄膜中的缺陷而造成的。结果表明Zn掺杂TiO2可作为一种良好的紫外探测材料。