原位FTIR技术考察金红石TiO2的表面羟基及其对甲苯的光催化氧化作用

表面羟基是TiO2表面性质的一个重要组成部分,是TiO2光催化活性的一个重要影响因素。在光催化反应过程中,TiO2的表面羟基不仅能够与光生空穴反应生成羟基自由基(OH·),而且还可能成为有机物的吸附中心而改变反应物的吸附形态并影响反应物分子的催化反应,因此,研究TiO2的表面羟基有助于更深刻理解光催化反应机理。本工作以金红石TiO2为研究对象,在自制的原位红外测试系统中探测了样品在经过不同温度真空处理后,样品表面羟基的数量、种类和分布的变化;以甲苯为反应探针分子,采用原位FTIR技术研究了不同表面羟基对甲苯的吸附作用和光催化反应性能。结果表明,金红石TiO2表面含两种热稳定性不同的羟基,一类是在高温下保持相对稳定的孤立羟基,其红外吸收波数在3 724,3 700,3 652cm-1,其中3 652cm-1的吸收强度最大;另一类是热稳定性较差的氢键羟基,其红外吸收波数在3 648,3 610,3 413,3 362cm-1,这些羟基在热处理温度为250℃时几乎消失。在吸附甲苯的过程中,只有吸收波数在3 648,3 610和3 652cm-1的羟基强度减小,是甲苯的吸附中心,而其余羟基几乎不变。

高活性低失活In(OH)_3纳米晶光催化剂的制备和表征

In(OH)3 photocatalyst was prepared using ultrasonic hydrolysis precipitation followed by calcining at temperature lower than 160 ℃.The characterizations by XRD,DRS,TG-DSC,TEM and FTIR show that the solid is a cubic crystal with 10—15 nm size,and has two band gaps,direct band gap 5.48 and indirect gap 5.02 eV.Evaluation of the photocatalytic activity toward oxidation reactions of benzene under UV irradiation(λmax=254 nm) showed that In(OH)3 presented much higher photoactivity and active stability than commercial Degussa-P25 TiO2.FTIR characterization for the samples before and after the photocatalytic reaction suggested that the better photocatalytic behavior of In(OH)3 than the TiO2 is due to lower aggradations of the intermediate species on its surface in photocatalytic process.

利用第一性原理研究氧化铟在甲醇水蒸气重整反应中的催化作用(英文)

基于第一性原理方法,证明了甲醛在In2O3(110)表面可以选择性地转化为CO2.水分解得到的OH物种有利于甲醛脱氢得到CHO,后者不易直接脱氢,其H原子被周围的OH捕获生成CO和H2O.最后,相比较其从表面直接脱附,CO更容易获得一个晶格氧生成CO2.计算结果表明,在没有PdIn合金参与催化的甲醇水蒸气重整反应过程中,In2O3确实扮演着非常重要的角色,进而从理论上证实了甲醇在氧化铟表面选择性生成CO2的实验结果.

氯化咪唑基离子液体对柴油中含氮化合物选择性脱除作用研究

通过N-甲基咪唑和烷基氯的季铵化反应合成出了咪唑环N上烷基取代基碳链长度或者饱和度不同的4种离子液体:氯化1-丁基-3-甲基咪唑(BMImCl)、氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑(AlMImCl)、氯化1-苯甲基-3-甲基咪唑(BzMImCl)和氯化-1-辛基-3-甲基咪唑(OcMImCl)。以含咔唑(CAR)和二苯并噻吩(DBT)的甲苯-正十二烷烃溶液作为模拟柴油,测定CAR和DBT在这些离子液体中的相对分配系数,考察了离子液体对氮和硫化物的萃取脱除选择性。结果表明,在这些离子液体中CAR比DBT有更高的分配系数;4种离子液体比较,BMImCl和AlMImCl对CAR的分配系数分别达46和14,对氮和硫化合物的萃取脱除选择性SN/S分别达到125和38。测定了离子液体在模拟柴油的溶解度,发现这4种离子液体在甲苯和正十二烷烃模拟柴油中的溶解度有显著的差别,其中BMImCl和AlMImCl的溶解度相当且都很小。综合结果显示BMImCl具有最佳性能。实验还比较了BMImCl对不同碱性氮杂环化合物的萃取效果,发现其对含硫化合物和碱性含氮化合物的萃取效率随着模拟柴油中甲苯的质量分数的增加而降低,而对中性含氮化合物表现出高萃取效率,且几乎不受甲苯质量分数的影响。对一种含有361 mg·kg-1N和3598 mg·kg-1S的工业柴油,BMImCl对其对中性含氮化合物的萃取效率达到38%,而对相对含量高约十倍的含硫化合物的萃取率仅约有1.7%。综合上述结果表明,氯化1-丁基-3-甲基咪唑盐离子液体对柴油中的中性含氮化合物具有高选择性脱除作用。

聚乙二醇对TiO2薄膜光致亲水性的促进作用

为了提高TiO2薄膜的光致亲水性及其持久性,将聚乙二醇(PEG)2000引入TiO2溶胶中,利用提拉法在载玻片上制备出含PEG的TiO2薄膜样品,通过测试样品紫外光照下水滴接触角的变化,考察不同浓度PEG对TiO2薄膜光致亲水性能的影响;并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化,比较含PEG的TiO2薄膜和纯TiO2薄膜样品的亲水持久性.结果表明:PEG作为一种非离子型长链分子,其适量的添加可促进TiO2薄膜的光致亲水性及其持久性.基于薄膜样品的傅里叶变换红外(FTIR)光谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)结果,认为PEG作为空穴捕获剂有助于TiO2薄膜中Ti3+的生成和稳定存在,进而有助于亲水中心(表面羟基)的形成.此研究对于TiO2光自洁涂料的应用很有意义,也为研究TiO2的光激发瞬态行为提供了一个可能的简易方法.