碳包覆Na_2Ti_6O_(13)纳米管的电化学性能研究

以金红石型TiO2和NaOH为原料,由水热反应制备Na2Ti6O13纳米管.然后,在含有0.1 mol.L-1NaOH的葡萄糖水溶液中反应4 h制得碳包覆的Na2Ti6O13纳米管.X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等分析表明,该碳包覆Na2Ti6O13纳米管外径约14～19 nm,内径约2～5 nm,长度为数百纳米,有一层厚度约为2 nm的碳层包覆在纳米管外壁.以其作为锂离子电池负极材料,恒电流充放电测试表明,在50 mA.g-1电流密度下首周可逆容量达到161 mAh.g-1,循环100周后容量保持在147 mAh.g-1.相比于Na2Ti6O13纳米管,提高了20%以上.电流密度升至1600 mA.g-1充放电,碳包覆Na2Ti6O13纳米管可逆容量仍有70 mAh.g-1左右,远高于Na2Ti6O13纳米管,表现出良好的倍率性能.

一种可见光活性的等离子体纳米Au-Cu(Ⅰ)@Na_2Ti_6O_(13)光催化滤膜的制备和对乙醛的降解(英文)

室内环境的空气质量对人们生活和健康的影响很大.其中挥发性有机物(VOCs)如乙醛、甲醛、丙酮、苯和甲苯等是室内环境污染的主要来源之一,它们会引起机体免疫力水平失调,影响中枢神经功能,还可影响消化系统,严重时可损伤肝脏和造血功能等.因此,消除这些VOCs变得刻不容缓.本文报道了一种新型等离子体纳米Au-Cu(Ⅰ)@Na_2Ti_6O_(13)光催化薄膜.钛酸盐材料容易制备,且具有良好的化学和机械性能,目前多应用于电容器、传感器和光催化领域.此薄膜采用水热法制备并进一步热处理得到,该法简单易操作,水热时间较短且成本低廉.另外通过热置沉积的方法分别将Au纳米颗粒和Cu(Ⅰ)成功负载到Na_2Ti_6O_(13)滤膜上.分别使用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子光谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)和UV-Vis光谱仪研究了薄膜的形态结构、元素组成、晶相组成和光学性能.SEM和TEM结果表明,Na_2Ti_6O_(13)滤膜由超长的Na_2Ti_6O_(13)纳米纤维组成.纳米纤维之间存在较大的孔,可以使空气自由通过.XRD,XPS和UV-Vis结果发现,Au纳米颗粒和铜纳米簇成功地负载在Na_2Ti_6O_(13)滤膜上,且铜呈无定形态,价态为+1.相应的催化结果表明,在可见光照射下,相比于纯Na_2Ti_6O_(13)滤膜,Au-Cu(I)@Na_2Ti_6O_(13)滤膜显示出非常高的降解乙醛活性.结果发现,Na_2Ti_6O_(13)滤膜的可见光活性随着负载的Au纳米颗粒含量的增加呈现先增加后降低的趋势,当Au纳米颗粒的含量为2.85 wt%时达到最大.使用超长Na_2Ti_6O_(13)纳米纤维作为支撑材料,Au纳米颗粒的等离子体可见光吸附导致电子从Au纳米颗粒迁移到Na_2Ti_6O_(13)的导带,并被表面负载的Cu(I)俘获,有效地避免了Na_2Ti_6O_(13)中导带电子和留在Au纳米颗粒上空穴的复合,延长了电子和空穴的寿命,进而提高了滤膜的可见光催化活性.Na_2Ti_6O_(13)滤膜可以有效地避免粉体在光催化反应过程中发生团聚,因而在实际应用过程中易分离,避免了二次污染,且可以循环使用,因此成本低,有望用作空气净化的功能材料.

Na_2Ti_6O_(13)纳米带的制备及其光降解活性艳橙染料废水的研究

用微乳法和熔盐法结合制备出了Na2Ti6O13纳米带,并用XRD,SEM对其进行表征;研究了Na2Ti6O13在紫外光下对偶氮染料活性艳橙(X-GN)的降解,并探讨了pH值、催化剂投加量和外加H2O2氧化剂对光催化效率的影响。实验表明,Na2Ti6O13具有很好的光催化性能,30W紫外灯下光催化60min对25mg/LX-GN的降解率最高可达94.1%;反应液pH值过高或过低会影响催化剂活性,最佳pH值为5.7;一定范围内,光催化效率随催化剂投加量的增加而提高,但投加量大于1.0 g/L时,催化效率反而下降;适当投加H2O2能显著提高降解效果。

纳米K_2Ti_6O__(13)w合成中的形态演化和生长机理

以纳米TiO_2为原料,通过煅烧反应制备了纳米K_2Ti_6O_(13)晶须,对晶须合成中温度和时间诱导的相变、形态演化和生长机理等进行了原位研究．结果表明：纳米TiO_2作原料可显著降低晶须合成温度,适宜的煅烧温度为900～1100℃．形态演化观察和高温XRD分析表明：K_2Ti_6O_(13)晶须的相变及生长对温度极为敏感,形态演化是基于初期爆发式的相变和随后串并联式的长大．K_2Ti_6O_(13)晶须的生长遵守本研究提出的串并联机制,晶须轴向的生长台阶是串并联生长的直接结果．

TiO_2/Li_4Ti_5O_(12)/Na_2Ti_6O_(13)复合催化剂的制备、表征及其光催化活性

采用反相微乳法,制备了TiO2/Li4Ti5O12/Na2Ti6O13复合催化剂,运用TG-DSC、XRD、SEM等分析方法对催化剂进行表征.在紫外光(λ=365 nm)照射下,以2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)作为目标污染物,用P-25型TiO2作对照,研究了TiO2/Li4Ti5O12/Na2Ti6O13复合催化剂光催化降解2,4-DCP的特性.结果表明,制备的TiO2/Li4Ti5O12/Na2Ti6O13复合催化剂成带状纳米结构,其长度大于5μm,宽度约60 nm,厚度小于30 nm,结晶良好,分散性高,在紫外光照射下,50 min内对20 mg·L-1的2,4-DCP降解率达到了99.8%,表现出了比P-25型TiO2更高的光催化活性.

C@K2Ti6O13分级纳米材料对Cr(Ⅵ)的吸附去除

Cr(Ⅵ)具有非常大的生物毒性,去除溶液中的Cr(Ⅵ)是当前的一个研究热点。本研究制备了C@K2Ti6O13分级纳米材料,并用不同表征手段对材料的物相和结构等进行表征,进一步探究了初始pH、吸附时间、离子强度等对C@K2Ti6O13复合纳米结构吸附Cr(Ⅵ)的影响。实验结果表明C@K2Ti6O13复合纳米结构对Cr(Ⅵ)有较强的吸附能力, 1 h内去除率能够达到50%以上,其吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附热力学符合Langmuir等温吸附模型,表明这种分级纳米材料在环境治理方面应用潜力巨大。

六钛酸钾(K_2Ti_6O_(13))晶须几何构型、能量及电子结构的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对具有单斜结构六钛酸钾(K2Ti6O13)晶体的几何构型、能量及电子结构进行系统研究。计算所得K2Ti6O13晶体的晶格常数、原子位置等晶胞参数均与实验值吻合,且形成热与结合能的计算结果显示该晶体具有较高的相结构稳定性;进一步的电子结构分析表明,K2Ti6O13晶体呈现具有间接带隙的半导体性质,在K2Ti6O13内部,Ti-O间成键作用明显强于K-O,而K-Ti间却未明显成键,且Ti(d)与O(p)轨道电子间较强的共价键相互作用直接决定了K2Ti6O13晶体的相结构稳定性。

K2Ti6O13晶须改性硅酸盐无机胶粘剂的研究

以K2Ti6O13晶须为改性剂制备了一种改性硅酸盐胶粘剂。采用AG-250KNI电子精密材料试验机和DTG-60H差热-热重分析仪对胶粘剂的力学性能和耐热性能进行了表征,采用常温水浸实验对胶粘剂的耐水性能进行了评价。结果表明,K2Ti6O13晶须有效的改善了胶粘剂的粘接强度、耐水性能和耐热性能。运用GBC10e紫外-可见分光光谱仪研究了K2Ti6O13对胶粘剂的改性机理。

硅醇在含羟基K_2Ti_6O_(13)(010)表面吸附特性的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法对H2O分子诱生的羟基在六钛酸钾K2Ti6O13(010)表面的形成过程及其对硅醇在K2Ti6O13(010)表面吸附性能的影响及机理进行研究。结果表明:引入的单个H2O分子在K2Ti6O13(010)表面可自发分解为OH-和H+,两者会分别与表面的Ti及其近邻的O结合,进而在表面形成两个羟基;羟基的存在会使硅醇在K2Ti6O13(010)表面实现由物理吸附至化学吸附的转变,极大地增强了硅醇与K2Ti6O13表面的结合强度,很好地解释了实验现象;电子结构分析表明,羟基改善硅醇在K2Ti6O13表面结合强度的根源应归因于羟基与硅醇中的O sp轨道电子的贡献。

MgH_2-K_2Ti_6O_(13)-Ni球磨复合体系的微观结构与解氢性能

采用机械球磨法制备了K_2Ti_6O_(13)晶须单独掺杂、以及K_2Ti_6O_(13)晶须与Ni粉复合掺杂的MgH2储氢复合体系,并通过XRD,SEM,DSC等检测手段对其微观结构与解氢性能进行表征。结果表明:当K_2Ti_6O_(13)晶须单独掺杂于MgH2时,K_2Ti_6O_(13)晶须起到助磨细化MgH2晶粒的作用,同时还抑制了MgH2颗粒的团聚,有效降低了MgH2基体的解氢温度,且当K_2Ti_6O_(13)与MgH2质量配比为3∶7时,MgH2解氢性能的改善效果尤为明显,其解氢温度较纯MgH2球磨体系降低了近75℃;此外,当K_2Ti_6O_(13)晶须和Ni粉末复合掺杂于MgH2时,得益于K_2Ti_6O_(13)晶须的助磨细化MgH2晶粒以及Ni固溶于MgH2晶格致使其结构稳定性降低的双重作用,从而使得MgH2基体的解氢温度较K_2Ti_6O_(13)晶须单独掺杂时进一步降低,相对于纯MgH2球磨体系降低了近87℃。

K_2Ti_6O_(13)晶须增强镍磷基化学复合镀层的残余应力研究

采用复合镀技术在铜箔基体上沉积了K2Ti6O13晶须增强镍磷基化学复合镀层(Ni-P-PTWs)。通过拉伸试验数据拟合得到了Ni-P-PTWs复合镀层的弹性模量与K2Ti6O13晶须体积分数的计算公式。用X射线衍射法分析了不同pH值和不同热处理温度下所得Ni-P-PTWs复合镀层的残余应力。结果表明,当镀液pH值为3.8时,镀层的本征应力为压应力,而当镀液pH值为4.4或5.2时,镀层的本征应力为拉应力。经过200℃,1h热处理,镀层的本征应力减小;经过400℃,1h或600℃,1h热处理,镀层的本征应力增大。

锂离子电池MLi_2Ti_6O_(14)(M=2Na,Sr,Ba)负极材料的研究进展

钛酸盐材料由于具有循环寿命长、廉价、安全性好等特点,成为锂离子电池负极材料研究开发的重点。与Li_4Ti_5O_(12)材料相比,MLi_2Ti_6O_(14)(M=2Na,Sr,Ba)负极材料具有更低的电位平台。因此,作为全电池的负极材料具有更高的工作电压和能量密度,有望成为动力锂离子电池的热门负极材料,具有更好的应用前景。介绍了MLi_2Ti_6O_(14)负极材料的结构,综述了近年来MLi_2Ti_6O_(14)负极材料的合成及掺杂改性方面的研究进展,重点对MLi_2Ti_6O_(14)负极材料的制备方法和掺杂进行了总结和探讨,并对MLi_2Ti_6O_(14)负极材料的发展前景进行了展望。

Ti基生物医用材料表面K_2Ti_6O_(13)涂层的制备与表征

目的 新型表面改性技术和改性材料的开发是当今生物医学材料研究的主要方向,羟基磷灰石(HA)是一种最重要的表面改性材料,但较高的脆性和较低的结合强度严重制约了它在临床中的应用。方法 本研究首次选用K_2Ti_6O_(13)作为生物医用Ti合金的表面改性材料,利用KDC法尝试制备了K_2Ti_6O_(13)涂层,并对涂层的微结构、结合强度和生物活性进行了观察分析与评估。结果 利用KDC方法可以成功地原位合成K_2Ti_6O_(13)涂层,涂层与钛合金基体间结合牢固,结合强度可达24MPa,热膨胀系数的良好匹配是结合强度提高的主要原因。结论 涂层粗糙的表面和气孔可为骨的向内生长提供有利位置。经模拟体液浸泡,涂层表面形成了钙磷比接近人体骨骼的钙磷层,表明涂层具有良好的生物活性。

功能陶瓷材料K_2Ti_6O_(13)的合成和光催化性质研究

采用低温液固相法合成K2Ti6O13,通过XRD、EDX和UV-Vis等对合成样品的结构、组成和光学性质进行了测试分析;分别以水中甲基橙、亚甲基蓝和Cr(VI)为模型污染物,250 W汞灯为光源,考察了合成样品的光催化性能。结果表明:所合成样品是带隙值为3.47 eV的单斜相K2Ti6O13;光照140 min时K2Ti6O13对甲基橙和亚甲基蓝的降解率均为100%,对Cr(VI)的还原率为51.3%,进一步阐述了光催化反应机理。

锂离子电池负极材料Na_2Li_2Ti_6O_(14)的嵌脱锂过程动力学研究

为了研究钛酸钠锂(Na2Li2Ti6O14)负极材料嵌脱锂的动力学行为,用溶胶-凝胶法合成Na2Li2Ti6O14负极材料,采用X射线衍射法(XRD)和电子显微镜(SEM)分别对材料进行物相分析和微观形貌的观察。采用恒流充放电测试、循环伏安法(CV)和恒电流间歇滴定法(GITT)研究了Na2Li2Ti6O14的电化学性能和嵌脱锂过程动力学。研究结果表明,制备的Na2Li2Ti6O14材料纯度高,结晶度良好,循环稳定性好;由不同扫描速率的循环伏安法测出的Na2Li2Ti6O14中锂离子在氧化、还原峰对应的化学扩散系数Da和Dc分别为7.3×10-11和7.8×10-11 cm2/s;由恒电流间歇滴定技术测得的锂离子在Na2Li2Ti6O14电极中的扩散系数为10-11～10-8 cm2/s。

粒径对K_2Ti_6O_(13)大孔陶瓷的制备及性能影响

以K2Ti6O13晶须、K2CO3和TiO2为原料,通过调变K2Ti6O13晶须的粒径,采用不同尺寸晶须间的混合,制备了孔结构可调的K2Ti6O13大孔陶瓷,考察了陶瓷的纯水通量和机械强度与K2Ti6O13晶须粒径及不同尺寸晶须间的配比关系。研究结果表明,随着K2Ti6O13晶须粒径的减小,K2Ti6O13陶瓷体积密度增大,开孔率和纯水通量随之减小,机械强度逐渐升高。当采用中位粒径为7.50μm和1.60μm的K2Ti6O13晶须以质量比为3∶1的比例为原料时,陶瓷物料间形成了大晶须与中细颗粒的搭接,得到了最佳的综合性能,相应的机械强度为42.8±0.2MPa,开孔率为36.4%,纯水通量为2366L.m-2.h-1.MPa-1,在分子筛膜领域具有良好的应用前景。

层状固体酸H_2Ti_6O_(13)的制备与性能研究

实验采用高温固相法合成K2Ti6O13前驱物,然后通过酸化制备出相应的固体酸K2Ti6O13。并应用X-射线粉末衍射(XRD)、紫外-可见漫反射光谱(UV-vis-DRS)和NH3-TPD等表征手段对层状固体酸的结构、光谱特性和酸性进行研究。结果表明,由高温固相法合成的K2Ti6O13是一种典型的层状化合物,并且是亚纳米级的薄片结构;NH3-TPD表明K2Ti6O13表面是中等强度酸。

短玻璃纤维、K_2Ti_6O_(13)晶须改性酚醛泡沫的性能研究

分别利用K2Ti6O13晶须、短玻璃纤维对酚醛泡沫(PF)进行改性,并制备了不同短玻璃纤维含量的酚醛泡沫,考察了不同改性方法对酚醛泡沫的表观形貌、力学性能和保温性能的影响。表观形貌结果表明,添加4%K2Ti6O13晶须可以显著改变酚醛泡沫的表观形貌,使得泡孔更规则、均匀。力学性能测试表明,短玻璃纤维含量在8%以内,压缩强度和弯曲强度都随着短玻璃纤维含量的增加而增大;短玻璃纤维和短玻璃纤维/4%K2Ti6O13晶须可以显著提高酚醛泡沫的压缩强度和弯曲强度,压缩强度和弯曲强度最高分别提高了126%和208%;加入短玻璃纤维稍稍提高了酚醛泡沫的导热系数,降低了酚醛泡沫的保温性能;加入相同量的短玻璃纤维,短玻璃纤维/4%K2Ti6O13晶须改性的酚醛泡沫相比于短玻璃纤维改性酚醛泡沫具有更高的压缩强度、弯曲强度和保温性能。

MoS_2/Na_2Fe_2Ti_6O_(16)的水热制备及吸附性能

采用简单的水热法制备出不同复合比例的MoS_2/Na_2Fe_2Ti_6O_(16)(MoS_2/NFTO)纳米复合材料,并对复合材料的形貌、化学组分、比表面积、孔径分布及Zeta电位进行表征和分析,研究了所得产物对甲基蓝(MB)染料的吸附性能及吸附动力学.结果表明,相对于纯Na_2Fe_2Ti_6O_(16),MoS_2质量分数为70%的MoS_2/NFTO复合材料的单位比表面积的吸附容量提高了58倍,对MB的吸附率提高了4.9倍.研究还发现,吸附剂对MB的吸附动力学符合准二级动力学模型.