FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料制备及光催化性能分析

光催化技术能有效解决日益严重的水污染问题,其中心是高效光催化材料的设计与合成。以二氧化钛、升华硫粉、还原铁粉为原料,无水乙醇为过程控制剂,采用湿式机械化学合成法一步制备具有可见光响应的FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料。通过场发射扫描电镜(FESEM-EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)对样品进行表征,研究材料复合方式、煅烧温度、催化剂用量、污染物浓度和溶液初始pH值等条件因素对体系光催化降解性能的影响规律。结果表明,机械化学合成FeS_(2)/TiO_(2)复合纳米材料同步实现FeS_(2)生成、FeS_(2)和TiO_(2)均匀复合以及S元素掺杂进入TiO_(2)晶格三个目标;300℃热处理的复合材料在pH值为4、催化剂投加量1 g/L和亚甲基蓝初始浓度20 mg/L时催化效果最优,在可见光下复合材料光催化降解率是单独TiO_(2)的15倍,单独FeS_(2)的1.8倍,有效提高了处理化工行业典型污染物的效率。异质结构筑和S元素掺杂改善了TiO_(2)能级结构,促进了复合体系光生电子-空穴对的有效分离和光催化利用。

基于RGO-TiO_(2)纳米材料的湿度传感器

采用水热合成法制备感湿材料并在印有微型叉指电极的表面分别涂覆二氧化钛(TiO_(2))和还原氧化石墨烯(RGO)-TiO_(2)纳米薄膜来构建湿敏元件,敏感材料的形貌和结构用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X射线衍射仪(XRD)进行表征,测量薄膜各电学参数随湿度的变化,并分析其阻抗特性。结果表明:在室温下,加入0.2%RGO的TiO_(2)复合材料灵敏度高达0.135 MΩ/%RH,且湿滞相对较小,湿度传感器的响应时间为50 s、恢复时间为76 s。多次测量结果显示,传感器具有良好的重复性和稳定性。

TiO_(2)复合纳米材料在电化学酶传感器中的应用

近年来,生物传感器逐渐普及到各领域,如食品检测、生物医疗、化学分析等。随着纳米技术领域的快速发展,通过将各种纳米技术应用到电化学酶传感器,促进电化学酶传感器向全新方向发展。目前,纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等特征,与其他材料相比较,其具有光、磁、电等突出表现。在生物传感器方面,要求电极材料具有良好的导电性和相容性,能同步负载大量的生物酶分子,提高生物酶分子与电极间的传递效率,缩短效应时间,提高传感器的灵敏度,从而实现传感器性能最佳化。

核壳结构C-TiO_(2)纳米复合材料用于高效光催化降解有机染料

化工、纺织印染与农药化肥等产业的蓬勃发展推动着人类社会的进步,但同时也给环境治理带来了巨大难题。目前,光催化降解局限于在特定波长下针对单一有机污染物进行降解,然而现实中的情况往往更复杂。因此,开发一种多功能光催化材料用于光催化降解不同有机污染物显得尤为重要。采用一步无模板溶剂热法合成了核壳结构的C-TiO_(2)复合材料前驱体,并在氩气气氛下煅烧得到高结晶度的C-TiO_(2)复合光催化材料。运用SEM、TEM、XRD和TG等表征手段对材料进行表征,结论如下:550℃煅烧时的样品为包含少量碳的高结晶度的锐钛矿相TiO 2,且550℃煅烧时的样品依然保持了完整的核壳结构。此外,C-TiO_(2)复合材料的比表面积高达85.69 m 2·g^(-1),平均孔径为16.4 nm以及孔体积为0.423 m 3·g^(-1)。在UV-Vis光照射下,C-TiO_(2)复合材料分别对罗丹明B(RhB)、亚甲基蓝(MB)和刚果红(CR)3种染料显示出增强的光催化降解活性。

氧化锑(Sb_(2)O_(3))纳米材料的制备及应用现状

综述了近些年Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法、工艺及其应用的研究进展,并对其未来发展前景进行了展望。目前,Sb_(2)O_(3)纳米材料的制备方法可分为固相法、气相法和液相法三大类,以机械球磨法、低压蒸汽法、等离子法、醇解法、化学还原法和静电纺丝法为典型代表,上述方法兼具高效且稳定等优点,但也存在能耗大、制备过程复杂及力学性能较差等局限性。Sb_(2)O_(3)纳米化后可显著提升其耐磨性、折射率、质子电导率等,可被拓展应用于阻燃剂、传感器及半导体等领域。针对目前Sb_(2)O_(3)纳米材料性能难以显著提升且无法单独使用等问题,其未来发展方向将在现有技术基础上加以研究创新,有望在Sb_(2)O_(3)纳米纤维上获得优异的力学性能,并实现性能显著提升的同时提高其实际应用性。

聚合物辅助合成不同形貌CaF2:Ln (Ln = Eu3 , Tb3 )微/纳米材料

本文通过简单的溶液搅拌法,分别在聚合物羧甲基纤维素钠(CMCNa)和苯乙烯–顺丁烯二酸酐共聚物钠盐(SMANa)的存在下合成了CaF2微/纳米材料。电镜测试结果表明通过控制反应条件,得到具有不同尺寸和形貌的CaF2,如直径为500 nm的表面光滑的球状、表面粗糙的微米球以及由纳米线聚合而成的长度为1.5~4 μm纳米棒束。另外,研究了分别掺杂Eu3 及Tb3 后材料的荧光性质,结果显示CaF2:Eu3 与CaF2:Tb3 分别发射出耀眼的红光和绿光。

锰浸出液制备棒状β-MnO_(2)纳米材料

湿法浸出锰矿或锰渣中的锰得到的硫酸锰浸出液中含有钙、镁杂质离子,对后续锰产品的纯度造成很大影响。为深度除硫酸锰浸出液中的Ca^(2+)、Mg^(2+),并最大化利用锰浸出液,可以将净化后的锰浸出液制备成高附加值的MnO_(2)纳米材料。以含钙、镁的硫酸锰浸出液为研究对象,将锰浸出液除钙、镁后,以(NH_(4))_(2)S_(2)O_(8)为氧化剂,采用水热法将净化后的锰浸出液制备成高附加值的MnO_(2)纳米材料,探究溶液的pH、反应温度、反应时间对制备MnO_(2)纳米棒物相和形貌的影响。结果表明:当反应温度为150℃、反应时间为10 h、加入氧化剂用量为理论量、反应pH为1~7的条件下制备出的β-MnO_(2)结晶度最好。

纳米Ag-TiO_(2)复合抗菌材料研究进展

纳米银二氧化钛(Ag-TiO_(2))复合光催化材料因光谱响应范围宽、载流子分离效率高、量子产率较高、光催化活性高、使用范围广等优越性,受到国内外学者的广泛关注。从合成方法、光催化特性、抗菌性能及生物安全性等方面综述近年纳米Ag-TiO_(2)复合光催化材料的研究进展,重点讨论纳米银(Ag)颗粒在提高Ag-TiO_(2)光催化剂抗菌性能方面的重要作用。

纳米TiO_(2)微球的制备及光催化降解气相苯特性

以四氯化钛和尿素为原料,通过溶剂热法制备了纳米TiO_(2)微球。利用XRD、FE-SEM、TEM、UV-Vis、BET测试手段对样品的组成、结构、形貌、光学性能、比表面特性进行分析,以气相苯为目标降解物,研究不同溶剂热时间所制备的微球对光催化活性的影响。结果表明,随溶剂热时间的延长,TiO_(2)微球结构经历了实心-核壳-空心的演变过程,但均由20 nm以下的颗粒组成。此类微球的光吸收带边出现明显“蓝移”现象,且光吸收性能较P25 TiO_(2)要高,比表面积是其3~5倍。其中溶剂热时间为6 h所制备的核壳结构微球光催化活性最佳,降解气相苯的矿化率高达93%,高于P25 TiO_(2)近3倍,分析表明,该优异性能得益于核壳结构对光的充分反射吸收和高比表面积导致的吸附协同光催化特性。

ZnO/TiO_(2)核-壳纳米结构的低温制备及其光电性能研究

ZnO因其自身的高电荷复合、化学性质活泼,导致其应用受到限制,通过表面修饰进行复合可实现电子-空穴的分离并提高其化学稳定性。以二水合醋酸锌、六水合硝酸锌、六氟钛酸铵为原料,采用溶胶-凝胶、水热和液相沉积相结合的方法,在低温条件下制备出ZnO/TiO_(2)单异质结。采用XRD、SEM、EDS、TEM、PL等对样品进行表征并对其光电性能进行测试。结果表明,在沉积时间为20 min时,ZnO/TiO_(2)核-壳结构形貌最规整,其中ZnO直径约115 nm,TiO_(2)薄膜厚度约7.6 nm;TiO_(2)的负载,降低了电极中光生电荷的复合,提高了ZnO对光子的收集能力,光电流密度提升大约10倍,达到0.21μA/cm^(2),表现出优异的光电化学性能。

潮湿环境下金红石型纳米TiO_(2)掺杂聚乙烯的分子动力学模拟

为了从微观角度分析金红石型纳米TiO_(2)掺杂对聚乙烯(polyethylene,PE)材料性能的影响,采用分子动力学模拟方法,构建不同水分子质量分数的PE和TiO_(2)/PE复合模型,以温度为变量研究分析纳米TiO_(2)改性PE材料前后的热力学性能和微观结构以及水分子在复合体系中的扩散能力。结果表明:纳米TiO_(2)的掺杂使PE体系的玻璃化转变温度提高了33 K,杨氏模量提升了428.17%,剪切模量提升了338.62%。纳米TiO_(2)极大抑制了PE分子链的运动和水分子的扩散,增强了复合体系的稳定性。水分子的加入和温度的升高降低了复合体系的热力学性能,这两者均破坏了复合体系的稳定性。

纳米粉体TiO_(2)对靛蓝染色织物光褪色的影响

采用钛酸四正丁酯(TBOT)作为TiO_(2)的前驱体,通过水热反应合成单晶粒TiO_(2)粉体,制备了颗粒状的锐钛型纳米粉体TiO_(2)。结果表明:紫外光照条件下,纳米粉体二氧化钛可以使靛蓝织物表观深度发生大幅度下降,粉体TiO_(2)浓度为10%时,K/S值下降率达到51.81%;促进剂的参与有助于靛蓝织物的褪色效果;涂抹粉体TiO_(2)后的染色布样,在紫外线照射后,颜色值ΔL^(*)偏亮白,同时随着粉体TiO_(2)浓度的增大,ΔL*增大,颜色亮度增大,Δa^(*)初始为负值,颜色偏绿,随着粉体TiO_(2)浓度的增大,样品颜色绿光减少,红光增加;当粉体TiO_(2)浓度为10%,随着光照时间的增加,Δa^(*)值偏向正值,染色布样色光向偏红光偏移,紫外光照射6~8 h时Δa^(*)变化幅度较大,10 h之后,趋于缓慢。

TiO_(2)@H^(+)/g⁃C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能及机理分析

本文研究了TiO_(2)含量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)异质结光催化剂产氢性能的影响。首先将石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))用硫酸处理,得到酸洗氮化碳(H^(+)/g-C_(3)N_(4)),然后通过煅烧法在H^(+)/g-C_(3)N_(4)表面负载TiO_(2)得到TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,利用透射电镜、X射线衍射仪、紫外-可见漫反射仪和比表面仪对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料进行了表征,研究了其在可见光下的光催化产氢性能,探讨了TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料光催化产氢机理。实验结果表明:1)煅烧法可以成功制备TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料,且TiO_(2)的负载显著地提升了H^(+)/g-C_(3)N_(4)的光催化产氢性能,这主要归功于TiO_(2)/g-C_(3)N_(4)异质结的形成降低了光生电子空穴的复合速率,加快了电子的转移速率;2)实验结果还表明TiO_(2)的负载量对TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能有很大影响,当TiO_(2)含量为25%时,所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料的光催化产氢性能最好,其光催化产氢速率为3.47 mmol·g^(−1)·h^(−1),是H^(+)/g-C_(3)N_(4)产氢速率的4.05倍,这主要归功于25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)大的比表面积和高的光吸收度;3)所制备的25-TiO_(2)@H^(+)/g-C_(3)N_(4)复合材料还表现出良好的稳定性。

ZIF-8@TiO_(2)复合材料的制备及光催化性能

本研究采用水热法制备了一种新型的高效光催化微米复合材料ZIF-8@TiO_(2),并比较了ZIF-8、TiO_(2)纳米球和ZIF-8@TiO_(2)光催化降解罗丹明B的能力。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪、紫外-可见漫反射光谱(DRS)仪、傅里叶变换红外光谱(FTIR)仪和比表面积测量(BET)仪对合成的材料进行了表征。结果表明,TiO_(2)纳米球在ZIF-8表面均匀生长,ZIF-8和TiO_(2)通过化学键连接在一起。ZIF-8和TiO_(2)的协同作用大大增强了复合光催化剂的催化能力。其中ZIF-8@TiO_(2)复合材料的ZIF-8为电荷分离器中光生电子转移提供了一种新的方式,以降低电荷复合率。由于该混合物结合了ZIF-8和TiO_(2)的优点,ZIF-8@TiO_(2)显示出优异的光催化降解罗丹明B的能力。同时讨论了复合光催化剂可能的光催化机理。

纳米TiO_(2)混凝土抗碳化性能的试验研究

纳米TiO_(2)以同等质量代替水泥(0、1%、3%、5%)掺入混凝土中,对纳米TiO_(2)混凝土进行抗压试验和碳化试验,研究了纳米TiO_(2)的掺量对混凝土抗压强度和碳化深度的影响,建立了考虑纳米TiO_(2)掺量和碳化龄期的混凝土碳化深度模型。结果显示:掺入适量的纳米TiO_(2)对混凝土的抗压强度和碳化性能的改善有很好的促进作用,且随着纳米TiO_(2)掺入量的增加对两者的促进作用呈现先升高后降低的趋势,纳米TiO_(2)掺量为1%时对混凝土性能促进作用最好。通过引入纳米TiO_(2)对混凝土碳化深度的影响系数,改进碳化深度模型。模型预测数据和试验数据吻合度较高,可应用于纳米TiO_(2)混凝土碳化深度的预测。

紫外线下纳米TiO_(2)改性涂层混凝土抗碳化性能研究

为提升涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能,通过引入不同掺量金红石型纳米TiO_(2)对水泥基结晶涂层和聚氨酯涂层进行改性。结果表明:紫外线照射一定程度上会削弱涂层混凝土的抗碳化性能;使用纳米TiO_(2)改性后,两种涂层混凝土在紫外线照射下的抗碳化性能均得到了不同程度的提升,随着纳米TiO_(2)掺量的增加,两种涂层混凝土抗碳化性能均呈现先提升后降低的趋势,其中水泥基结晶涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为2%,聚氨酯涂层中纳米TiO_(2)最优掺量为1%~2%,紫外线照射下纳米TiO_(2)对聚氨酯涂层混凝土抗碳化性能的提升最为明显。

纳米TiO_(2)对NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收性能的影响

为了探讨纳米TiO_(2)对三元NH_(3)-H_(2)O-LiBr工质降膜吸收的影响,本文利用数值分析建立了三元工作流体薄膜吸收的连续方程、能量方程和组分质量平衡方程,采用Matlab软件进行编程和计算纳米流体的降膜吸收性能,将其与实验数据进行对比验证,并进一步分析了纳米TiO_(2)质量分数、初始氨浓度、初始温度、冷却水进口温度、吸收压力和下降薄膜管长度对薄膜吸收性能的影响。研究表明:添加纳米TiO_(2)可以增强降膜吸收的传质速率,主要原因为液膜中氨的扩散系数增加。当纳米TiO_(2)质量分数从0%增加到0.1%、0.3%和0.5%时,扩散系数分别增加了3.44倍、6.42倍和11.76倍。此外,增加初始氨浓度、降低初始温度、提高冷却水进口温度或降低吸收压力都可以提高最终溶液的饱和度。

负载量对硅藻土基TiO_(2)复合材料应用性能的影响

为了提高硅藻土基二氧化钛复合材料的应用性能,推进其产业化进程,采用水解-沉淀法制备了硅藻土基二氧化钛复合材料,研究了TiO_(2)负载量对复合材料吸附性能、光催化性能及白度的影响。结果表明,TiO_(2)负载量对复合材料吸附性和光催化性影响较大,对污染物的光降解性能取决于其吸附性和光催化性的协同效应,在负载量为46%时,复合材料的光降解性能较好。复合材料白度随着TiO_(2)负载量增大而增高,在负载量为46%时,复合材料白度为91%,达到建筑装饰材料白度标准。

C@TiCoO_(3)@TiO_(2)纳米材料制备及在可见光下的抗菌性

研究通过溶胶-凝胶法,将钴元素(Co)与TiO_(2)掺杂在一起合成C@TiCoO_(3)@TiO_(2)纳米材料,并用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射光谱(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射测试(UV-Vis DRS)对其进行表征。结果表明:该材料由Ti、O、C、Co元素组成,呈块状;主要以锐钛矿晶型形式存在,可见光的吸收范围大(762 nm),禁带宽度窄(1.63 eV),对可见光有较好的响应能力。5 mg/mL的C@TiCoO_(3)@TiO_(2)在LED可见光(功率7 W)下,分别照射60和100 min即可完全杀灭金黄色葡萄球菌和大肠埃希菌。细胞毒性实验表明,合成的C@TiCoO_(3)@TiO_(2)具有较好的生物相容性。实验合成的C@TiCoO_(3)@TiO_(2)纳米复合材料有潜在的抗菌应用价值。

MOFs衍生多孔TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料的制备及其光催化性能

将TiO_(2)加入NH_(2)-MIL-101(Fe)前驱体中,采用溶剂热法制备TiO_(2)/NH_(2)-MIL-101(Fe),进一步经高温热处理得到TiO_(2)/C、N掺杂Fe_(2)O_(3)复合材料(TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3))。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对所得样品的晶体结构、形貌特征、组成及光谱特性进行表征。在模拟太阳光照射下对罗丹明B(RhB)溶液进行降解,评价其光催化活性。结果表明,C、N均匀掺杂在Fe_(2)O_(3)中,TiO_(2)复合C、N掺杂Fe_(2)O_(3)后禁带宽度减小,模拟太阳光照射2.5 h后,在0.1 g/L TiO_(2)/C、N-Fe_(2)O_(3)复合材料的光催化作用下,10 mg/L罗丹明B的去除率达到95%,速率常速为0.0192 min^(-1),效果较TiO_(2)和C、N-Fe_(2)O_(3)有明显提高。所得复合材料稳定性好、可重复利用。MOFs衍生多孔C、N掺杂Fe_(2)O_(3)与TiO_(2)的复合缩短了带隙,强化了空穴与电子的分离从而提高可见光催化活性。