TiO_2/碳纳米短管复合体的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2/碳纳米短管复合体,利用X射线衍射仪(XRD)、差热-热重分析仪(TG-DTA)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见光谱仪(UV-vis)对复合体的过程和微观结构进行了分析,结果表明:短管与钛酸丁酯的质量比为1%,热处理温度为500℃时,光催化降解活性艳红X-3B效果最好,同时TiO2与碳纳米短管的复合造成TiO2的吸收谱线蓝移。

纳米TiO_2碳热氮化制备纳米晶Ti(C_(0.7),N_(0.3))固溶体

在封闭系统中,对纳米TiO2碳热还原氮化反应合成纳米晶Ti(C,N)固溶体粉末进行研究。结果表明,当以C/Ti值为2.7配料,氮气压力为0.005 MPa时,一定量纳米TiO2/纳米碳黑混合料在1600℃下保温4 h,可以合成晶粒尺寸为32 nm的球形Ti(C0.7,N0.3)固溶体粉末。

氮和碳共掺杂TiO_2纳米晶的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,冰醋酸为抑制剂,超细铵盐为固体载体,采用新型溶胶-凝胶法制备了氮和碳共掺杂TiO2纳米晶(N-C-TiO2)光催化剂.透射电子显微镜(TEM)结果表明,N-C-TiO2样品颗粒均匀,尺寸细小,且分散性好;热失重分析(TGA)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明,复合干凝胶经低温热处理,使铵盐载体分解、挥发去除,样品为单一的锐钛矿相,N和C原子扩散进入晶格结点或间隙位置,与TiO2化学键结合;氮气等温吸附-脱附结果表明,样品比表面积高达356 m2/g,孔体积为0.27 mL/g.以氙灯为可见光光源,罗丹明B水溶液为模拟污染物,P25为参比催化剂,在辐射强度为100mW/cm2的可见光照射条件下,N-C-TiO2具有很高的光催化活性,其可见光催化活性明显高于P25.

碳掺杂TiO_2纳米管列阵的制备及其光催化性能的研究

采用电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管列阵,并在CO气氛中对TiO2纳米管样品进行焙烧。XPS研究表明,在CO中焙烧的样品产生了Ti-C峰,说明有C的掺杂。SEM及XRD衍射实验表明,随着焙烧温度的升高,C的掺杂加速了TiO2纳米管的晶型结构向金红石相的转变,管壁明显增厚。以亚甲基蓝为光催化实验降解对象,研究了C掺杂对TiO2纳米管的光催化性能的影响,发现在550℃下焙烧后的TiO2纳米管具有较好的光催化活性,C的掺杂能明显提高TiO2纳米管的光催化性能。

纳米碳纤维固载TiO_2

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶胶通过静电纺丝法制备了PVP纳米纤维。将PVP纳米纤维直接固载在碳棒上,在250℃预氧化,850℃炭化,得到碳纳米纤维。将碳纤维渍取钛酸丁酯,200℃下热处理后在550℃空气中焙烧,制得负载型纳米TiO2。利用扫描电子显微镜、红外吸收光谱、X射线衍射等测试技术对纳米纤维进行了表征。并把负载型TiO2分散在亚甲基蓝溶液中,分析了TiO2固载纳米碳纤维的光催化活性。结果表明,在100mL20mg/L亚甲基蓝溶液中加入1.0mgTiO2固载碳纳米纤维,光催化降解40min后,亚甲基蓝的分解率接近75%。

成型TiO2负载型纳米碳纤维催化材料的制备与表征

采用成型TiO2为载体,以甲烷为碳源,镍铜双金属催化剂,改变反应温度以及碳氢比(CH4/H2摩尔比),生长纳米碳纤维(CNF),制备出结构化复合纳米碳纤维催化材料——生长在成型TiO2上的纳米碳纤维材料(CNF/TiO2)。扫描电镜(SEM)和物理吸附仪(BET)表征结果表明,CNF粗细均匀、直径～70nm,而且与其他传统催化剂载体(活性炭)相比几乎没有微孔。并以CNF/TiO2为载体,采用浸渍法负载金属钯,制备出结构化纳米碳纤维负载型钯催化剂(Pd/CNF/TiO2),以苯乙烯加氢为模型反应进行活性评价,结果表明,其催化活性明显优于成型活性炭负载型Pd催化剂。结构化纳米碳纤维具有比表面适中,且不含微孔,是一种优良的催化剂载体,可望用于受内扩散制约的气液固三相催化反应。

掺碳纳米TiO2光催化降解空气中苯的实验研究

采用火焰化学气相沉积法法制备了掺碳纳米TiO2光催化剂,对催化剂进行了表征。利用自制的连续管式光催化氧化装置研究了掺碳纳米TiO2薄膜对苯气体的光催化降解规律,探讨了相对湿度、初始浓度及苯气体流速等因素对降解率的影响,并与P25粉的光催化性能进行了比较。实验结果表明:在催化剂负载量约为4.7 mg,254 nm和365 nm的8W紫外灯各一盏,相对湿度为80%、苯的初始浓度约为120 mg/m3、苯气体流量为400 mL/min(苯在光催化器中反应时间约为3.5 s)的条件下,苯的降解率可达到15%,高于P25粉的降解效果。

新型TiO_2(B)/碳复合纳米线负极材料电化学特性研究

以锐钛矿TiO2粉末为原料,通过简单的两次水热及氩气气氛下热处理工艺,制备出新型TiO2(B)/碳一维复合纳米线材料。研究结果表明该复合纳米线主要是由TiO2(B)所组成,其外层包覆一层无定形碳以形成特殊的一维壳/核结构;这种特殊一维壳/核结构和化学组成在诸多领域都将会有着极其广泛应用。本文锂离子电池测试结果证实该复合纳米线电极具有超高的可逆循环电池容量和倍率充放电容量,在30 mAg-1充放电速率下,该TiO2(B)/碳一维壳核结构材料100圈循环后容量高达560 mAhg-1;在750 mAg-1充放电速率下,充放电容量达到200 mAhg-1。鉴于其优良的电化学性能,该一维复合结构材料有望成为下一代最有前途的锂离子电池电极材料。

镁铝水滑石和纳米TiO_2复合膜修饰玻碳电极检测Pb(Ⅱ)

分别采用共沉淀法和溶胶-凝胶法合成了MgA l水滑石和锐钛矿型纳米TiO_2,进行了XRD和TG-DTA表征。将两者按一定比例混合,制备成修饰的玻碳电极。采用示差脉冲伏安法详细研究了Pb^(2+)在修饰玻碳电极上的电化学响应行为,并对各种实验影响因素进行了优化。结果表明,在0.1 moL/L的NaA c-HAc缓冲溶液中,当pH=4,MgA l水滑石与TiO_2的质量比为1:1,制膜的滴涂量为9μL时,1×10^(-5)mol/L的Pb^(2+)在-1.2V富集1.5 min后,进行电化学扫描,Pb^(2+)在大约-0.47 V出现一灵敏尖锐的溶出峰,溶出峰电流与其浓度在1×10^(-9)~2×10^(-7)mol/L范围内呈良好线性关系,检出限为1.0×10^(-10)mol/L,表明复合膜修饰玻碳电极检测铅离子效果很好。

碳包覆ZnO-TiO_2纳米纤维的制备及其太阳光催化性能

采用溶胶-凝胶法和静电纺丝法制备ZnO-TiO_2纳米纤维和碳包覆ZnO-TiO_2纳米纤维,以扫描电镜、热重-差示热量、红外光谱、X射线衍射和比表面积分析等方法进行表征。以10mg/L亚甲基蓝溶液为底物,研究了ZnO掺杂量对亚甲基蓝光催化降解性能的影响。结果表明:ZnO的质量分数为3%的碳包覆ZnO-TiO_2纳米纤维光催化性能最高,太阳光照射6h时亚甲基蓝的降解率达到94.4%。对其光催化机理进行了简要分析。

机械激活工艺对TiO_2碳热还原合成纳米TiC的影响

以纳米TiO2/碳黑为原料,通过机械激活-碳热还原法合成纳米TiC粉末,研究了机械激活工艺对TiO2碳热还原反应的影响。产物经XRD分析表明,激活时间延长、球料比增大、球磨机转速加快都有利于促进纳米TiO2碳热还原反应进行得更完全,但最终TiC产物中(Fe,C)杂质含量也随之上升。综合考虑,球磨时间4～8 h,球料比10∶1,转速250 r/min对后续碳热还原合成纳米TiC是较合适的工艺选择。

火焰CVD法制备含碳纳米TiO2的研究

本文报道了工业丙烷/空气火焰气相沉积法制备含碳纳米TiO2颗粒材料的实验与分析结果。讨论了O2／C3H8摩尔比在2—9范围内对火焰温度和火焰长度的影响，火焰温度对含碳纳米TiO2晶型的影响，O2／C3H8摩尔比和火焰中TiO2颗粒浓度对含碳纳米TiO2碳含量的影响，关联了含碳纳米TiO2的平均尺寸与颗粒长大准数的关系。

火焰CVD法制备含碳纳米TiO2及光催化降解甲醛气体研究

讨论了O2/C3H8摩尔比在2-9范围内时，火焰温度对TiO2晶型的影响，O2/C3H8摩尔比和火焰中TiO2颗粒浓度对含碳纳米TiO2碳含量的影响。用管式光催化反应器，以液相沉积法将TiO2薄膜涂敷到反应器石英玻璃管内壁，实验测量了光催化降解甲醛气体的降解率。用4阶龙格-库塔法求解传质方程，得到了一级速率常数。经讨论得出：当含碳量约为5％时，降解率达最大值，是无碳或碳含量大于10％的TiO2的2．5倍。

纳米级V_2O_5/TiO_2的活性特征及对碳烟氧化的催化作用

采用浸渍法制备了不同钒负载量的纳米级V_2O_5/TiO_2催化剂,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、X射线衍射仪(X-ray diffractomer,XRD)和傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectrometer,FT-IR)测试手段对催化剂的物化特性进行表征。以Printex-U碳黑作为实际发动机颗粒的替代物,利用热重分析法探究V_2O_5负载量对催化氧化碳烟活性的影响,并基于Flynn-Wall-Ozawa法定量表征碳烟催化氧化反应过程。研究结果表明:较低钒负载量时,活性组分钒氧物种处于高度分散状态,基本呈现单层分布。当负载量较高(40%)时,部分钒氧物种开始团聚并以结晶态析出,催化剂表面出现明显的柱状晶结构。随着钒负载量的增加,在碳烟氧化过程中催化剂活性呈递增趋势。在一系列样品中,负载量20%的V_2O_5/TiO_2催化剂表现出最佳催化活性,与无触媒状态相比,碳烟氧化的起燃温度Ti、失重峰值温度Tp和燃尽温度Tf等特征温度的降幅最大。当负载量达40%时,V_2O_5主要以结晶相存在,占据大量活性位,降低催化效果。由FWO法热力学分析得到颗粒氧化的活化能的顺序为EPM>EV5>EV10>EV40>EV20。

TiO_2/碳纳米复合材料的制备及其结构表征

采用TiO2溶胶与半沉化的酚醛树脂混合的方法,干燥后在惰性气氛和1 000℃的条件下裂解,制备了一系列具有不同TiO2含量的TiO2/碳纳米复合物.粉末X-射线衍射分析表明,当TiO2质量分数为50%时,复合物中金红石TiO2相的衍射峰峰强出现极大值,这可能是与氩气和由酚醛树脂转化的碳的共同影响有关.质量分数为50%TiO2的复合物的热分析结果以及透射电子显微镜和场发射扫描电子显微镜的结果表明复合物中有三种状态的碳.这种TiO2/碳纳米复合物有望作为光催化材料得到应用.

爆炸法制备TiO2-纳米碳复合材料及光催化降解染料废水研究

利用爆炸辅助气相沉积法制备TiO_2-纳米碳复合材料,并考察原料添加比例对所得产物晶型,光吸收性能和光催化性能的影响。结果表明:TiO_2-纳米碳复合材料中TiO_2的晶型较原料P25的晶型有大的改变,光吸收范围拓宽;TiO_2-纳米碳复合材料的可见光催化性能比P25的光催化性能有明显提高。

气源及纳米颗粒对氟碳-碳氢表面活性剂泡沫性能影响研究

以双子短链氟碳表面活性剂(Gemini)和两性碳氢表面活性剂(LAMC)为核心组分制备了环保型泡沫分散体。研究了纳米SiO_(2)颗粒和压缩气源种类对泡沫分散体起泡性、稳定性及铺展特性的影响。结果表明,纳米SiO_(2)颗粒与短链氟碳表面活性剂存在分子间相互作用,在试验范围内,与压缩空气相比,未添加纳米SiO_(2)颗粒的压缩氮气泡沫高度提升约5.8%,添加浓度为3%的纳米SiO_(2)颗粒后分散体发泡性能略微下降。随着纳米SiO_(2)颗粒的加入,泡沫的稳定性显著增加,氮气泡沫稳定性比空气泡沫提升约5%。纳米SiO_(2)颗粒形成网状结构聚集体堵塞在Plateau边界中,有效延缓泡沫析液和粗化,从而增强泡沫的稳定性。由于氮气和空气自身密度及对泡沫液膜渗透性的不同,压缩空气泡沫在油面上的平均铺展速率较压缩氮气泡沫提升2.6%。研究结果能够为纳米SiO_(2)颗粒在环保型泡沫灭火剂的研发和灭火应用方面提供理论指导。

TiO2包覆不同微结构纳米碳纤维薄膜电极的光电化学性能

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2包覆不同微结构的纳米碳纤维(Carbon nanofibers,CNF),包括板式纳米碳纤维(Platelet-CNF,PCNF)和鱼骨式纳米碳纤维(Fish-bone-CNF,FCNF)的复合薄膜电极.用光电流作用谱和光电流-电势图等方法研究了复合薄膜电极的光电化学性能.研究结果表明,复合薄膜电极表现出n型半导体特征,薄膜中CNF的存在有助于光生电子和空穴有效地分离,提高了光电转换效率,TiO2包覆PCNF薄膜电极在可见光范围内存在明显的光电响应.

碳量子点负载TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

研究了碳量子点负载的Ti O2纳米棒阵列光阳极的光电化学过程和光催化行为。实验发现碳量子点的引入使Ti O2纳米棒阵列在可见光区域的吸收强度增强,对可见光的响应电流提高3倍,光照下的开路电位增加了2.5%,光生载流子的转移和传输能力得到相应提高。光阳极对亚甲基蓝的降解特性显示,碳量子点的引入使Ti O2纳米棒在可见光照射下的催化效率由25%提高到33%。利用电化学交流阻抗谱(EIS)、MottSchottky曲线讨论了光影响下的电荷运动过程,表明Ti O2纳米棒阵列负载碳量子点后的电荷转移电阻减小,电子寿命增加;碳量子点的负载使Ti O2纳米棒的平带电位负移,导带位置提高,电子的还原能力增强。

磷、碳共掺纳米TiO_2降解车内VOCs的性能研究

采用钛的有机物进行低温水解,并通过在低温条件下用水热法制备了未掺杂和磷、碳非金属元素共掺的二氧化钛粉体。利用SEM-EDS、BET、XRD等分析手段对其结果进行表征,讨论了内部结构和形貌与光催化活性的关系。研究表明:所制备的改性纳米二氧化钛均为粉体,粒径在1～10 nm之间,其催化活性有所提高,最佳反应时间和最佳温度分别为20 h和180℃。当车内总挥发性有机物(VOCs)初始浓度较低时,其催化效果最佳条件是催化剂的用量为14.5 mg/L。通过对磷、碳共掺杂的纳米TiO2粉体的研究,发现共掺存在一个最佳比值m(Ti)∶m(C)∶m(P)=4∶1∶0.6,高于或低于此掺杂量,其光催化效率均有所下降。