金红石/锐钛矿混晶结构的TiO_2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能.光催化实验证明,随着催化剂中金红石含量减少,催化剂的光催化活性逐渐提高.X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明,催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构,并随着金红石含量减少,催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(—O—)的含量逐渐增加,而且费米能级逐渐提高.表面羟基和桥氧是有利于光催化的"活性物种";费米能级的提高使TiO2/H2O界面处TiO2的表面带弯增大,导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大,有效地促进了光生载流子的分离;这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.

锐钛矿-金红石混晶TiO_2溶胶的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法,通过对pH值的调节,获得了含有锐钛矿-金红石混晶晶粒的二氧化钛溶胶,并由浸渍提拉法常温制备出相应的结晶二氧化钛薄膜。利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)等研究手段对溶胶和薄膜进行了分析,并对薄膜的光催化活性进行了考察。结果表明:较低的pH值条件有利于混晶二氧化钛溶胶的制备;由于混晶薄膜中,两种晶型TiO2的能带发生交迭,致使其光吸收边波长相对单一锐钛矿型TiO2薄膜发生红移,同时"混晶效应"使得该混晶薄膜具有了较高的光催化活性。

TiO_2/蒙脱石纳米复合物中TiO_2的结构相变

以钛酸丁酯和季铵盐改性有机蒙脱石为原料,采用原位水解法和原位脱羟法制备了TiO2/蒙脱石纳米复合物。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)表征了不同焙烧温度下TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变,并与不同焙烧温度下纯TiO2的结构相变进行对比。结果发现TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2从锐钛矿相开始转变为金红石的最低温度要比纯TiO2从锐钛矿开始相转变为金红石的最低温度高200℃,且在焙烧温度1 200℃时还存在锐钛矿相,而纯TiO2在焙烧温度800℃时就全部转换为金红石相。TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2和纯TiO2的平均晶粒度都随焙烧温度升高而增大,但TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的平均晶粒度要小于相同温度下焙烧纯TiO2的平均晶粒度。表明蒙脱石结构层的硅氧结构抑制了TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相的转变,进而使相变温度升高,同时阻碍了晶体的生长。

退火温度对纳米TiO_2薄膜结构和亲水性的影响

采用射频磁控溅射方法制备出纳米二氧化钛 (TiO2 )薄膜 ,研究了不同退火温度对薄膜微观结构和超亲水性的影响。结果表明 :退火温度升高 ,晶粒长大 ,孔隙率减小 ;常温制备 30 0℃以下退火的TiO2 薄膜为无定形结构 ,亲水性差 ;4 0 0℃～ 6 5 0℃退火的薄膜为锐钛矿结构 ,表现出超亲水性 ;80 0℃退火薄膜为金红石结构 。

时间参数对复合氧化法制备多孔二氧化钛涂层结构的影响

为了分析微弧氧化时间对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合法)制备的二氧化钛涂层结构和形貌的影响,采用X射线衍射、SEM及附带的能谱(EDS)对涂层的结构、形貌和元素组成进行了分析,采用MH-3型硬度计对涂层表面的硬度进行了测试。结果表明:微弧氧化时间是影响复合氧化法制备多孔二氧化钛表面涂层形貌、结构、硬度和钙磷原子比的主要因素之一。随着微弧氧化时间的延长,涂层表面的微孔孔径增加,凹凸起伏变得明显,涂层中金红石相增加,锐钛矿相减少,表面硬度增加,钙磷原子比也发生了变化。可控制微弧氧化时间得到结构较为理想的多孔二氧化钛梯度涂层。

SnCl_4对纳米二氧化钛晶相结构的低温转变控制研究

采用二种方法制备了低温下晶相结构可控制转变的纳米二氧化钛。一种方法是采用乙醇作溶剂的溶胶-凝胶法,通过控制SnCl4的添加量,便可在450℃热处理下实现纳米TiO2从纯锐钛矿到不同比例的复合相直至纯金红石相的转变。另一种方法是采用钛酸丁酯为原料直接低温水解,通过加入不同量的SnCl4,制备了具有晶态结构的二氧化钛复合溶胶,在120℃下干燥处理便可实现TiO2从锐钛矿到不同比例的复合相(金红石型、锐钛矿型和板钛矿型)直至纯金红石相的转变,制备所需晶态结构的纳米TiO2。所有样品进行了透射电镜与XRD表征,制备的纳米TiO2及其TiO2-SnO2纳米复合材料颗粒小、分布均匀、分散性好,没有检测到SnO2晶体的X-衍射特征峰。

纳米TiO_2的结构相变和光学性能

以TiCl4为原料 ,采用沉淀法制备了水合TiO2 沉淀 ,分别于 1 0 0℃、30 0℃、40 0℃、60 0℃、80 0℃煅烧处理。用紫外 可见光谱和导数吸收光谱研究了纳米TiO2 的吸收带边、能隙随着煅烧温度变化而变化的情况 ,结合XRD、TG DSC分析了不同温度下TiO2 的晶型及晶型转变情况。结果表明 ,随热处理温度的升高 ,TiO2 的晶相结构由非晶到锐钛矿型再到金红石型转变 ,40 0℃为锐钛矿型 ,60 0℃已出现金红石型 ,80 0℃已完全转变为金红石型 ;晶粒尺寸随热处理温度的升高而逐渐增大 ;带隙宽度、吸收带边随热处理温度的升高而变窄和“红移”。

退火温度对TiO_2薄膜结构和表面形貌的影响

研究了退火温度对中频交流反应磁控溅射技术制备的TiO2 薄膜结构和表面形貌的影响。利用X射线衍射仪和原子力显微镜 ,检测了TiO2 薄膜的晶体结构和表面形貌。实验结果显示 :沉积态TiO2 薄膜为非晶态 ;低温 (70 0℃以下 )退火后 ,TiO2 薄膜出现锐钛矿相 ,晶粒长大不明显 ;高温退火 (90 0℃以上 )后 ,薄膜转变为金红石相 ,晶粒由柱状转变为棱状 。

钙盐浓度对复合氧化法制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响

为了分析微弧氧化电解液中钙盐浓度对复合氧化法(即预氧化和微弧氧化复合处理)制备多孔二氧化钛涂层表面结构的影响,利用X射线衍射、扫描电镜及附带的能谱对涂层的表面相结构、形貌及元素组成进行了观测与分析,利用图像分析软件对涂层表面孔隙率进行测试。结果表明:复合氧化法制备的多孔二氧化钛涂层表面均含有单质钛、锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛;钙盐浓度的变化对涂层表面结构有一定影响,随着钙盐浓度的增加,涂层中锐钛矿型二氧化钛相对含量减少,金红石型二氧化钛相对含量增加;涂层表面的钙、磷元素含量降低,钙磷原子比增加;在所选钙盐浓度下,表面孔隙率的变化不十分显著。

混晶Zr掺杂Pt/TiO_2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700oC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,催化剂的比表面积和TiO2晶格缺陷增加,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200oC和30W紫外光辐照下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一锐钛矿相更高,其中,650oC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.

TiO_2混晶光催化性能的第一性原理研究

本文采用第一性原理平面波超软赝势方法,通过搭建混晶界面的方式计算并分析了TiO_2混晶的光催化性能.从光的吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率以及载流子的转移效率三方面,与锐钛矿相和金红石相TiO_2单晶进行对比分析.结果显示TiO_2混晶的电子-空穴对分离率高于锐钛矿相TiO_2、金红石相TiO_2单晶,TiO_2混晶中吸收峰明显红移,表明TiO_2混晶的光催化性能好于锐钛矿相和金红石相TiO_2.

沉积参数对二氧化钛薄膜结构相变的影响

用磁控溅射的方法在硅衬底上制备了二氧化钛薄膜,并通过改变薄膜沉积过程中氧气含量、溅射时间、工作压强、衬底温度等溅射参数,制备了系列薄膜样品,得到了二氧化钛薄膜两种相结构的最佳生成条件.研究表明:较高的工作压强有利于金红石结构的生成;衬底加热、增加沉积时间有利于生成锐钛矿结构;氧气含量的变化对薄膜的相结构没有明显影响.

溶胶-水热法制备TiO_(2)及其晶型结构的调控

二氧化钛(TiO_(2))的光催化活性与其晶型结构密切相关。然而在制备过程中,TiO_(2)各种晶型结构的比例难以控制。为此,通过溶胶-水热法制备TiO_(2),以乙二醇与钛酸四正丁酯形成配合物,并引入可生成水的化学反应来控制前驱体的水解。通过改变乙醇、浓H2SO4的用量以及反应温度和反应时间等影响因素,研究其对TiO_(2)晶型结构、形貌和光催化性能的影响。溶剂乙醇的用量和反应温度主要影响TiO_(2)的晶型结构及锐钛矿和金红石的比例。当乙醇用量为2.63 mL,反应温度180℃时,制备的TiO_(2)中锐钛矿与金红石的含量比为3∶2,对罗丹明B(RhB)的降解效果最佳。浓H2SO4的用量和反应时间则主要影响TiO_(2)的形貌,浓H2SO4用量为0.15 mL,反应时间为20 h时,所得TiO_(2)为表面粗糙的球体,有利于增强其对RhB的吸附和催化效果。

两种晶型的TiO_2粉体对PTCR温度系数的影响

BaTiO3系PTCR元件是近年来发展迅速的一种电子器件,高质量的PTCR原料粉体在一定程度上决定了器件的性能.研究并分析了金红石、锐钛矿两种晶型结构的特性差异,同时讨论了BaTiO3基介电材料相变扩张与其相应PTCR材料温度系数αT间的关系.通过对比得出两种晶型的TiO2粉体对Ba TiO3系PTCR温度系数的影响,并指出在900～1100℃对TiO2粉体进行高温处理完成锐钛矿向金红石的晶型转变后,有利于获得高温度系数的PTCR样品.

不同晶型TiO_(2)的可控合成与光催化性能研究

利用简单易行的方法合成高效的TiO_(2)材料用于光催化降解污染物,是具有较高使用价值和广阔应用前景的技术。本综合实验通过简单的溶胶-凝胶法制备TiO_(2)凝胶,通过控制不同的煅烧温度得到不同晶型的TiO_(2)粉体,然后通过粉晶X-射线衍射(XRD)手段对TiO_(2)粉体的结构进行表征,最后以氙灯为光源,亚甲基蓝为污染物进行光催化性能测试,研究TiO_(2)的催化特性。本综合实验的步骤及相关测试较为简易,在本科阶段开展具有良好的可行性。本实验设计纳入了半导体光催化剂的制备、表征以及光催化性能研究与评价,使学生能通过实验系统地了解和掌握纳米材料的设计、合成、改性和性能评价等方面的思路、方法与技能。

日本开发出高光催化剂活性氧化钛合成技术

日本东北大学多元物质科技研究所教授垣花真人等开发出了利用天然有机酸——钛络合物通过热解，有选择地合成多型二氧化钛的技术。使用该技术，可轻松地合成光催化剂活性很强的多型二氧化钛。一般来说，作为天然矿物，二氧化钛的存在形式分为锐钛矿、金红石和板钛矿3种结晶结构（多型）。作为具有TiO2这种化学组成的多型，包括人工合成的TiO2（B）等共有多种。其中，具有锐钛矿型和金红石型结晶结构的二氧化钛相对容易进行合成。而光催化剂活性更高的板钛矿型和TiO2（B）型结晶结构的氧化钛则难以进行合成。

反应溅射法制备TiO_2薄膜

报道了用反应溅射法制备TiO2 薄膜的实验研究 .详细研究了氧分压、基底温度和退火温度对成膜结构的影响 .制备出了具有金红石和锐钛矿晶体结构的TiO2 薄膜 .分析了金红石和锐钛矿晶体的形成条件 ,并对薄膜的表面形貌进行了测量 .

同轴静电纺丝技术制备TiO2多孔空心纳米纤维阵列与表征

将静电纺丝技术的接收器进行改进,利用同轴双喷的方法进行纺丝,以钛酸丁酯作为钛源,成功制备出Ti O2多孔空心纳米纤维阵列。经过XRD、FESEM等测试手段分析得出,700℃煅烧后所得的Ti O2多孔空心纳米纤维阵列为混晶型结构,多孔空心纳米纤维高度定向有序,直径外径360nm,内径250nm,壁厚55nm。