紫外光照射下丙炔光催化水解反应的研究__纳米二氧化钛光催化剂的性能
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究【摘要】本文主要探讨了纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能研究。
首先介绍了研究背景和意义，随后详细阐述了纳米二氧化钛的合成方法和表征技术。
接着分析了纳米二氧化钛在光催化和光电领域的性能研究，并展望了其未来的应用前景。
本文通过系统的研究，总结出纳米二氧化钛在光催化和光电性能上的优势，并对未来的研究提出了展望，有望为相关领域的研究提供新的思路和方法。
【关键词】纳米二氧化钛、可控制备、光催化、光电性能、合成方法、表征技术、应用前景、研究背景、研究意义、未来展望、结论1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛是一种在光催化和光电领域具有巨大应用潜力的材料。
随着环境污染和能源危机的日益加剧，人们对高效的清洁能源和环境治理技术的需求也与日俱增。
纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和光电性能，因此成为了研究热点之一。
在过去的几十年里，研究人员对纳米二氧化钛的制备、表征以及其在光催化和光电领域的应用进行了广泛的研究。
通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和杂质等方面的特征，可以有效地调控其光催化和光电性能。
研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的科学意义和应用价值。
本文将综述纳米二氧化钛的合成方法、表征技术以及其在光催化和光电领域的研究进展，旨在深入理解纳米二氧化钛的性能和应用，为其在清洁能源和环境治理方面的应用提供理论基础和技术支持。
1.2 研究意义纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的材料，具有优异的光催化和光电性能。
随着环境污染和能源稀缺问题日益突出，人们对纳米二氧化钛的研究越来越深入。
通过对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究，可以为环境修复、光催化水解和光电子器件等领域提供更多解决方案。
深入研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的意义，不仅可以推动纳米二氧化钛在环境保护和能源领域的应用，还可以为相关领域的研究提供新的思路和方法。
改性纳米二氧化钛的光催化性能研究
改性纳米二氧化钛的光催化性能研究一、本文概述随着全球环境问题的日益严峻，光催化技术以其独特的优势在环境保护和能源转换领域受到了广泛关注。
作为光催化领域的重要研究对象，纳米二氧化钛（TiO₂）因其优良的光催化性能、稳定性以及低廉的成本，被广泛应用于太阳能光解水制氢、空气净化、污水处理等领域。
然而，传统的纳米二氧化钛存在光生电子-空穴对复合速率快、可见光响应范围窄等问题，限制了其在实际应用中的性能。
因此，对纳米二氧化钛进行改性，提高其光催化性能，具有重要的研究意义和应用价值。
本文旨在研究改性纳米二氧化钛的光催化性能，通过对其改性方法的探索，以期提高其在可见光下的光催化活性，拓宽其应用范围。
文章将介绍纳米二氧化钛的基本性质、光催化原理以及改性方法的研究进展。
将详细阐述本文所采用的改性方法，包括掺杂、负载贵金属、构建异质结等，以及改性后的纳米二氧化钛的表征手段。
通过对比实验，分析改性前后纳米二氧化钛在光催化性能上的差异，探讨改性方法对光催化性能的影响机制。
通过本文的研究，期望能为纳米二氧化钛的光催化性能改性提供新的思路和方法，推动其在环境保护和能源转换领域的应用发展。
也希望为相关领域的研究人员提供有益的参考和借鉴。
二、改性纳米二氧化钛的制备方法改性纳米二氧化钛的制备方法众多，各有其独特的优势和应用场景。
以下是几种常见的改性纳米二氧化钛制备方法：溶胶-凝胶法：溶胶-凝胶法是一种通过无机物或金属醇盐的水解和缩聚反应制备纳米材料的方法。
在这种方法中，通过控制水解和缩聚的条件，可以得到均匀稳定的溶胶，进一步通过热处理，溶胶转化为凝胶，最终得到改性纳米二氧化钛。
水热法：水热法是一种在高温高压下进行化学反应的方法。
通过将反应物置于特制的高压反应釜中，加热至一定温度，使反应物在水热条件下进行反应，从而制备出改性纳米二氧化钛。
微乳液法：微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成微乳液，然后在微乳液中进行化学反应的方法。
纳米二氧化钛的制备及其光催化性能
第２３卷第４期化 学 研 究中国科技核心期刊２０１２年７月ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ｈｘｙｊ＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ纳米二氧化钛的制备及其光催化性能杜锦阁，姚朝宗（新乡医学院三全学院，河南新乡４５３００３）收稿日期：２０１２－０２－０９．作者简介：杜锦阁（１９８４－），女，硕士，助教，研究方向为无机纳米材料．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｇｅｌｉｕ１２３４５６＠１２６．ｃｏｍ．摘 要：分别采用水热法和溶胶－凝胶法制备了ＴｉＯ２纳米粉体；利用Ｘ射线衍射仪和扫描电镜分析了两种方法制备的ＴｉＯ２粉体的形貌和晶体结构，并测定了纳米ＴｉＯ２粉体对罗丹明Ｂ的光催化降解活性．结果表明：采用水热法制备的ＴｉＯ２纳米粉体含有锐钛矿相和金红石相，粒径较小，大约为５０ｎｍ，而且分散均匀，光催化性能良好；采用溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２粉体经过５５０℃煅烧后仍然为锐钛矿相，而且粒径较大，大约为８０ｎｍ．关键词：溶胶－凝胶法；ＴｉＯ２；混晶；光催化活性中图分类号：Ｏ ６１４文献标志码：Ａ文章编号：１００８－１０１１（２０１２）０４－００７８－０３Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏ－ｔｉｔａｎｉａＤＵ Ｊｉｎ－ｇｅ，ＹＡＯ Ｃｈａｏ－ｚｏｎｇ（Ｓａｎｑｕａｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉｎｘｉａｎｇ４５３００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ａｎｄ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ａｓ－ｐｒｅｐａｒｅｄ ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄｂｙ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅｉｒ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄ ｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｚｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂ ａｔ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｒｅ－ｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｃａｔａｌｙｓｔ ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｄ ｂｙ ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ａｎａｔａｓｅａｎｄ ｒｕｔｉｌｅ ｐｈａｓｅｓ ｗｉｔｈ ａ ｓｍａｌｌｅｒ ｓｉｚｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ ５０ｎｍ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｇｏｏｄ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ．Ｂｅｓｉｄｅｓ，ｎａｎｏ－ＴｉＯ２ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ ａｎａｔａｓｅ ｐｈａｓｅ ａｌｏｎｅ ａｆｔｅｒ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎａｔ ５５０℃，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅｒ ｓｉｚｅ ｏｆ ａｂｏｕｔ ８０ｎｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｎａｎｏ－ＴｉＯ２；ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ２０世纪７０年代ＦＵＪＩＳＨＩＭＡ和ＨＯＮＤＡ发表的关于在ＴｉＯ２电极上光分解水的文章，揭开了ＴｉＯ２光催化时代的序幕［１］．由于ＴｉＯ２光催化剂无毒、稳定性好、廉价易得，能将环境污染物降解为ＣＯ２和Ｈ２Ｏ且不造成二次污染而得到了广泛研究［２－３］，被认为是最好的光催化材料．ＴｉＯ２具有多种晶相，包括板钛矿相、锐钛矿相以及金红石相［４］．人们一般认为，锐钛矿相的二氧化钛光催化活性较好，对二氧化钛光催化性能的研究也大多采用锐钛矿相．但是，有人注意到，商业产品Ｐ－２５本身是双晶相的二氧化钛粉末，这种存在于锐钛矿和金红石混相中的协同作用成为了近年来研究的重点［５－８］，研究证明，锐钛矿相与金红石相共存时光催化效果最好［９］．但是，含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶ＴｉＯ２很难被直接合成出来，而是需要通过其他手段获得，如煅烧等．高温煅烧虽然有利于形成规则的晶型结构，然而也会降低ＴｉＯ２晶粒的比表面积、减少表面羟基含量［１０］，高温煅烧制得的ＴｉＯ２颗粒在投入溶液中后极易团聚［１１］，降低纳米ＴｉＯ２的光催化活性．因此，为了避免高温煅烧操作带来的影响，作者采用较为廉价的四氯化钛作为钛源，通过水热法直接制备出含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶纳米ＴｉＯ２，与经过煅烧制备的ＴｉＯ２相比较，分别研究了它们的光催化活性．第４期杜锦阁等：纳米二氧化钛的制备及其光催化性能７９１ 实验部分１．１ 试剂与仪器四氯化钛（分析纯，金山县兴塔化工厂）；无水乙醇（分析纯，北京化工厂）；尿素（分析纯，北京化工厂）；罗丹明Ｂ（分析纯，洛阳市化学试剂厂）．郑州杜甫仪器厂的聚四氟乙烯内衬的高压反应釜（体积５０ｍＬ）；江苏省东台县电器厂的高温电炉（ＳＲＪＸ－３－９型）；德国Ｂｒｕｋｅｒ ａｘｓ Ｄ８Ｘ射线衍射仪（Ｃｕ靶Ｋα线，２０ｍＡ，４０ｋＶ）；北京普析通用仪器有限公司ＴＵ－１９００型双光束紫外可见分光光度计；美国ＪＳＭ－５６００型扫描电镜（加速电压２０ｋＶ）；ＳＧＹ－１型多功能光化学反应仪（南京斯东柯电气设备有限公司）．１．２ 二氧化钛光催化剂的制备取１ｍＬ四氯化钛，冰水冷却３０ｍｉｎ，加入到１０ｍＬ蒸馏水和１０ｍＬ乙醇的混合溶液中，搅拌，缓慢滴加１０ｍＬ质量分数为０．６％的尿素溶液，室温匀速搅拌２ｈ后，转移至聚四氟乙烯内衬的高压反应釜中，在鼓风干燥箱中１８０℃恒温处理１６ｈ．冷却至室温，过滤、洗涤，６０℃烘干，即得到纯的ＴｉＯ２纳米粉体．溶胶－凝胶法制备二氧化钛参见文献［１２］，得到的凝胶经真空干燥、研磨、煅烧、再研磨后得到ＴｉＯ２样品．１．３ 光催化剂活性的测定以罗丹明Ｂ为降解物，使用ＳＧＹ－１型多功能光化学反应仪评价ＴｉＯ２纳米粉体的光催化活性．该反应仪是三层同心圆筒玻璃容器，在中间放置３００Ｗ高压汞灯（北京天胜恒辉光源电器有限公司，主波长５００ｎｍ），汞灯外为石英冷阱，内通冷却水，用于降温．试验时，将２０ｍｇ催化剂加入到２５０ｍＬ浓度为３０ｍｇ／Ｌ的罗丹明Ｂ溶液中，在避光条件下搅拌３０ｍｉｎ，然后转移至光化学反应仪中，开启电磁搅拌，最后开启汞灯，待稳定后开始计时，间隔一定时间取样１０ｍＬ，离心分离１５ｍｉｎ，取上清液，用７２２型光栅分光光度计测定罗丹明Ｂ的吸光度，计算其降解率．２ 结果与讨论２．１ 样品的ＸＲＤ分析图１是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＸＲＤ图．由图１ａ可知，用水热法制备的ＴｉＯ２纳米粉体具有锐钛矿相和金红石相，其中在２θ位于２５．４°、３７．８°和４７．６°附近，出现锐钛矿相ＴｉＯ２的特征峰；在２θ位于２７．４°、３６．２°附近，出现金红石相ＴｉＯ２的特征峰．由图１ｂ可知，经过溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２纳米粉体经过５５０℃煅烧２ｈ后仍然只存在锐钛矿相，特征峰２θ位于２５．４°、３７．８°和４７．６°附近．说明通过水热法可以直接制备出混晶纳米ＴｉＯ２粉体．由Ｓｃｈｅｒｒｅｒ公式Ｄ＝ｋλ／βｃｏｓθ（式中ｋ＝０．８９，λ＝０．１５４ １ｎｍ，β为半高宽，θ为布拉格角，Ｄ为晶粒平均粒径（ｎｍ）），可求得样品的晶粒大小．水热法制备的ＴｉＯ２粒径约为５０ｎｍ，而溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２经５５０℃煅烧后粒径约为８０ｎｍ．２．２ 样品的形貌分析图２是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＳＥＭ图．由图２可知，水热法制备出的ＴｉＯ２纳米粉体晶形完整，呈不规则块状，分散均匀，粒径较小，大约为５０ｎｍ；溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２纳米粉体经５５０℃煅烧后也呈不规则块状，但团聚现象较为严重，粒径较大，约为８０ｎｍ．这与样品的ＸＲＤ分析相符． ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法 ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法 图１ ＴｉＯ２纳米粉体的ＸＲＤ图 图２ 不同方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的ＳＥＭ照片Ｆｉｇ．１ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒｓ Ｆｉｇ．２ ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｏｆ ＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒｓ８０ 化 学 研 究２０１２年ａ水热法，ｂ溶胶－凝胶法图３ ＴｉＯ２纳米粉体的制备方法对罗丹明Ｂ降解率Ｅ的影响Ｆｉｇ．３ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓｏｎ ｔｈｅ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｒｅａｃｔｉｖｅ ＲＢ２．３ 催化剂的光催化活性图３是两种方法制备的ＴｉＯ２纳米粉体的光催化活性比较图．由图３可知，水热法合成的ＴｉＯ２纳米粉体在１５、３０、４５及６０ｍｉｎ时降解率分别为７６．７％、８８．９％、９５．３％以及９９．６％，而溶胶－凝胶法制备的ＴｉＯ２降解率分别为６９．８％、８１％、８８．４％以及９０．１％．水热法制备的ＴｉＯ２光催化效果较好，这是因为：（１）它既含有锐钛矿晶型，又含有金红石晶型，由于锐钛矿相与金红石相之间的费米能级不同，在某一相中产生的光生电子和空穴可能会流向另一相，从而大大降低了电子和空穴复合的可能性，提高了样品的光催化活性；（２）ＴｉＯ２经过煅烧后，团聚现象较为严重，与罗丹明Ｂ的接触面积降低；⑶表面羟基为ＴｉＯ２的活性点，煅烧后表面羟基减少，因此，降低了其光催化效果．结论：以廉价的四氯化钛为钛源，用水热法直接制备出了含有锐钛矿相和少量金红石相的混晶纳米ＴｉＯ２，通过对比试验，发现其光催化效果明显好于纯锐钛矿相的ＴｉＯ２纳米粉体．参考文献：［１］ＦＵＪＩＳＨＩＭＡ Ａ，ＨＯＮＤＡ Ｋ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｈｏｔｏｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒ ａｔ ａ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ［Ｊ］．Ｎａｔｕｒｅ，１９７２，２３８：３７－３８．［２］ＸＩＥ Ｙｉ Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｃｈｕｎ Ｗｅｉ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｕ３＋－ＴｉＯ２ｓｏｌ ｉｎ ｔｈｅ ｈｙｄｒｏｓｏｌ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｒｅｓ Ｂｕｌｌ，２００４，３９（４／５）：５３３－５４４．［３］甘礼华，刘明贤，张霄英，等．掺铁ＴｉＯ２活性炭复合材料的制备及其光催化活性［Ｊ］．同济大学学报，２００８，３６（４）：５３８－５４２．［４］ＢＯＫＨＩＭＩ Ｘ，ＭＯＲＡＬＥＳ Ａ．Ｌｏｃａｌ ｏｒｄｅｒ ｉｎ ｔｉｔａｎｉａ ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｓ［Ｊ］．Ｉｎｔ Ｊ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｅｎｅｒｇｙ，２００１，２６（１２）：１２７９．［５］ＢＩＣＫＬＥＹ Ｒ Ｉ，ＣＡＲＲＥＮＯ Ｔ Ｇ，ＪＯＨＮ Ｓ Ｌ，ｅｔ ａｌ．Ａ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｓｔｓ［Ｊ］．Ｊ Ｓｏｌ－ｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｈｅｍ，１９９１，９２（１）：１７８－１９０．［６］ＹＡＮ Ｍａｏ Ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮ Ｆｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎ Ｌｏｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｔｉｔａｎｉａ ａｎｄ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｐｈｙｓ Ｃｈｅｍ Ｂ，２００５，１０９（１８）：８６７３－８６７８．［７］ＬＩＵ Ｈａｉ Ｍｅｉ，ＹＡＮＧ Ｗｅｎ Ｓｈｅｎｇ，ＭＡ Ｙｉｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｐｕｒｅ ｒｕｔｉｌｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ ａ ｐｈｏｔｏ－ａｓ－ｓｉｓｔｅｄ ｓｏｌ－ｇｅｌ ｍｅｔｈｏｄ［Ｊ］．Ｎｅｗ Ｊ Ｃｈｅｍ，２００３，２７：５２９－５３２．［８］ＭＡＤＡＮＩ Ｍ Ｅ，ＧＵＩＬＬＡＲＤ Ｃ，ＰＥＲＬＯ Ｎ，ｅｔ ａｌ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｕｒｏｎ ｉｎ ａｑｕｅｏｕｓ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆｔｗｏ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｔｉｔａｎｉａ ｃａｔａｌｙｓｔｓ，ｅｉｔｈｅｒ ａｓ ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｐｏｗｄｅｒｓ ｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐａｐｅｒｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｃａｔａｌ Ｂ：Ｅｎｖｉｒｏｎ，２００６，６５（１／２）：７０－７６．［９］ＺＨＡＮＧ Ｑｉｎｇ Ｈｏｎｇ，ＧＡＯ Ｌｉａｎ，ＧＵＯ Ｊｉｎｇ Ｋｕｎ，ｅｔ ａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃａｌｃｉｎａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｉｚｅｄＴｉＯ２ｐｏｗｄｅｒ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｂｙ ＴｉＣｌ４ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ａｐｐｌ Ｃａｔａ１Ｂ：Ｅｎｖｉｒｏｎ，２０００，２６：２０７－２１５．［１０］ＸＩＥ Ｙｉ Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｃｈｕｎ Ｗｅｉ．Ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚｅｄ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｏｘｉｄｅ ｓｏｌｗｉｔｈ ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｉｏｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊ Ｃｈｅｍ Ｔｅｃｈｎｏｌ：Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌ，２００５，８０（８）：９５４－９６３．［１１］ＸＩＥ Ｙｉ Ｂｉｎｇ，ＹＵＡＮ Ｃｈｕｎ Ｗｅｉ．Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ＴｉＯ２ｓｏｌ ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｔｅｓ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ－ｌｉｋｅ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄ ｈｙｄｒｏｓｏｌ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．Ｊ Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ，２００５，４０（２４）：６３７５－６３８３．［１２］ＸＵ Ａｎ Ｗｕ，ＧＡＯ Ｙｕａｎ，ＬＩＵ Ｈａｎ Ｑｉｎ．Ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓ ｏｆ ｒａｒｅ－ｅａｒｔｈ－ｄｏｐｅｄ ＴｉＯ２ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ［Ｊ］．Ｊ Ｃａｔａｌ，２００２，２０７：１５１－１５７．。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的材料，在催化、光电、电子等领域有着重要的作用。
本文将介绍纳米二氧化钛的制备方法及其在光催化和光电性能方面的研究进展。
1.可控制备方法纳米二氧化钛的制备方法有很多种，如水热法、凝胶法、溶胶凝胶法等。
其中，水热法具有制备纳米二氧化钛粒子尺寸小、结晶度高等优点，因此被广泛应用。
水热法的基本步骤为：将钛酸四丁酯等钛源和氨水等碱性氧化剂加入水中，控制反应温度和时间，即可得到纳米二氧化钛。
在水热法中，可通过控制反应条件如反应温度、反应时间、pH值等来调节制备的纳米二氧化钛的结构和形貌。
此外，还可以通过掺杂、复合等方法来改变纳米二氧化钛的性质和应用。
2.光催化性能纳米二氧化钛具有优异的光催化性能，能够将阳光中的紫外线转化成具有氧化剂能力的电子和空穴，从而促进有机物的氧化降解。
纳米二氧化钛的光催化性能与其晶体结构、晶粒大小、比表面积等因素有关。
较小的晶粒和高的比表面积有助于提高纳米二氧化钛的光催化效率。
此外，在纳米二氧化钛的光催化研究中，还出现了可见光响应的纳米二氧化钛。
这些材料具有比纯二氧化钛更广泛的应用前景。
纳米二氧化钛也具有较好的光电性能，可以作为光电器件的材料。
在光电性能研究中，主要着眼于太阳能电池、传感器、发光二极管等方面的应用。
在太阳能电池方面，纳米二氧化钛的电子传输速度较快，有助于提高太阳能电池的转化效率。
而在传感器和发光二极管方面，纳米二氧化钛的高比表面积和光致发光性质成为重要的研究方向。
总的来说，纳米二氧化钛具有广泛的应用前景，在理论和实践研究中被广泛探讨。
随着制备技术的不断发展，我们相信纳米二氧化钛的应用领域将会越来越广泛。
纳米TiO2光催化性能lx
纳米二氧化钛光催化性能的研究内容摘要纳米二氧化钛（TiO2）作为一种光催化剂，是一种性能优良的N型半导体材料，在发生反应时表现出较好的光稳定性和较高的反应活性，并且无二次污染，是当前应用前景最为广阔的一种纳米功能材料。
本文首先介绍了纳米TiO2的性质及光催化机理，讨论了各种因素对纳米TiO2光催化性能的影响，如晶格缺陷、温度、pH、光照条件以及TiO2的量等。
介绍了液相沉淀法，溶胶-凝胶法，微乳液法三种常用的制备纳米二氧化钛的方法及其光催化性能。
另外，还介绍了关于纳米二氧化钛的改性方面的成就和几种常见的表征手段。
最后简要介绍了光催化技术在环境保护、卫生保健,特别是在光催化功能型材料等方面的贡献,并对其今后的研究进展和应用前景进行了总结和展望。
【关键词】纳米TiO2光催化性能Study On Photocatalytic Property Of Nano-TiO2AbstractNano-titanium dioxide (TiO2) as a kind of photocatalysts, is a kind of n-type of semiconductor materials, with good light stability and high reactivity and has no secondary pollution, is the current potential applications of the most extensive functional nanomaterials.This article describes the nature and nano-TiO2 photocatalytic mechanism to discuss the various factors on TiO2 photocatalytic effects, such as the performance of lattice defects, temperature, pH, illumination conditions and the dosage of TiO2, etc.Describes performance liquid precipitation, sol-gel, MicroEmulsion preparation of three kinds of titanium dioxide nanoparticles method, and photocatalytic properties.Also, presents of titanium dioxide nanoparticles modifing the achievement and characterization of a few familiar.Finally the photocatalytic technology in environmental protection, health care, especially in the photocatalytic functional materials in the areas of contribution, and on its future progress and application of the summarized and prospects.【Key Words】Nano-TiO2photocatalysis property目录前言 (1)一、纳米二氧化钛的性质 (1)（一）表面界面效应 (1)（二）小尺寸效应 (1)（三）量子尺寸效应 (1)（四）宏观量子隧道效应 (2)二、二氧化钛光催化原理 (2)（一）二氧化钛粒子的能带结构 (2)（二）光催化作用机理 (2)（三）影响T i O2光催化活性的因素 (3)三、二氧化钛光催化剂的制备方法 (7)（一）液相沉淀法 (7)（二）溶胶-凝胶法 (8)（三）微乳液法 (9)四、二氧化钛的改性 (9)（一）贵金属沉积 (9)（二）复合半导体 (10)（三）表面光敏化 (10)五、二氧化钛光催化的表征方法 (11)（一）热重法 (11)（二）X射线衍射法 (12)（三）比表面积测定 (13)（四）紫外-可见吸收/漫反射光谱 (13)（五）红外光谱 (14)六、二氧化钛光催化技术的应用 (14)（一）污水处理 (14)（二）表面自洁 (14)（三）杀菌 (15)七、现存问题及前景展望 (15)致谢 (15)参考文献 (16)纳米二氧化钛光催化性能的研究前言光催化氧化技术是一门基于TiO2半导体的科学，现已被列入最有前景的环保高新技术当中。
纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能
纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能引言纳米材料具有特殊的物理、化学和光电性能，在能源转换、环境修复、光催化等领域具有广泛应用前景。
作为一种重要的半导体材料，二氧化钛（TiO2）因其稳定性、低毒性以及良好的光催化和光电性能而备受关注。
随着纳米技术的快速发展，人们能够制备出具有不同结构、形貌和尺寸的纳米二氧化钛材料。
本文将重点介绍纳米结构二氧化钛的可控制备方法，并探讨其光催化和光电性能。
一、纳米结构二氧化钛的可控制备方法纳米结构二氧化钛的可控制备方法种类繁多，本文将介绍几种常见的方法。
1. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种简单、经济且可大规模制备纳米二氧化钛的方法。
其基本步骤包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理。
通过调控溶胶成分、溶胶浓度、溶胶pH值和凝胶成核温度等参数，可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
2. 水热法水热法是一种在高温和高压条件下进行合成的方法，对于制备纳米结构二氧化钛具有较高的控制性。
通过调控反应温度、反应时间和反应物浓度等参数，可以得到具有不同晶相、形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
3. 气相沉积法气相沉积法是一种在惰性气氛中利用热分解或氧化反应制备纳米二氧化钛的方法。
通过调控反应温度、反应时间和沉积条件等参数，可以得到具有均匀形貌和尺寸的纳米二氧化钛。
二、纳米结构二氧化钛的光催化性能纳米结构二氧化钛的光催化性能是其在环境修复、水分解、有机污染物降解等领域应用的重要基础。
其良好的光催化性能主要归功于其特殊的能带结构和表面特性。
1. 能带结构纳米二氧化钛由于其小尺寸效应，其能带结构发生改变。
此时，纳米二氧化钛的带隙增大，能够吸收较小能量的可见光。
这使得纳米二氧化钛能够利用可见光进行光催化反应，提高光催化效率。
2. 表面特性纳米二氧化钛的表面具有较大的比表面积，有利于光吸收和反应物与表面的相互作用。
此外，纳米二氧化钛表面还可通过调控表面态密度、引入杂质和修饰等方式改变其光催化性能。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究引言二氧化钛是一种重要的半导体材料，具有良好的光催化和光电化学性能，在环境保护、能源转换、光学器件等领域有着广泛的应用。
纳米二氧化钛因其较大的比表面积和优异的光催化性能而备受关注。
在过去的研究中，人们通过不同的可控制备方法，如溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等，制备了各种形貌和结构的纳米二氧化钛。
针对纳米二氧化钛的可控制备及其在光催化和光电领域的应用仍然存在许多问题亟待解决。
本研究旨在探讨纳米二氧化钛的可控制备方法，以及其光催化和光电性能，并且对纳米二氧化钛在环境保护和能源转换领域的应用进行深入研究。
一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米二氧化钛最常用的方法之一。
该方法通过溶解钛酸酯类化合物，如钛酸四丙酯，在有机溶剂中形成溶胶，然后通过水解和凝胶化反应制备纳米二氧化钛。
通过控制水解和凝胶化条件，可以制备出不同形貌和结构的纳米二氧化钛。
溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛具有较大的比表面积和较优异的光催化活性。
二、纳米二氧化钛的光催化性能1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛具有良好的光催化性能，可以有效降解各种有机污染物，如苯酚、甲苯、苯胺等。
该性能主要来源于纳米二氧化钛表面的光生电子-空穴对，这些电子-空穴对具有较高的氧化还原能力，可以将有机污染物降解成无害的物质。
2. 光催化分解水纳米二氧化钛具有良好的光催化分解水性能，可以将水分解成氢气和氧气。
该性能可以用于制备清洁燃料氢气，具有重要的环境保护和能源转换意义。
3. 光催化CO2还原纳米二氧化钛还可以用于光催化CO2还原，将二氧化碳转化为有用的有机化合物。
这为解决温室效应和化石燃料资源短缺问题提供了新的途径。
2. 光催化产氧纳米二氧化钛还可以用于光催化产氧，可以利用光能将二氧化碳分解成氧气。
这有助于解决空气污染和气候变化等问题。
3. 光催化产电纳米二氧化钛还可以用于光催化产电，可以将光能转化为电能。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的纳米二氧化钛制备方法。
其原理是将金属有机化合物或金属无机盐溶解在适当的溶剂中，形成溶胶。
随后，通过加入适量的催化剂或掺杂剂，将溶胶凝胶化成胶体颗粒，最终形成纳米二氧化钛材料。
该方法制备的纳米二氧化钛颗粒尺寸均匀，形貌好，适用于大面积薄膜的制备。
2. 水热法3. 气相沉积法气相沉积法是利用金属有机化合物或金属无机盐在高温条件下分解成金属原子或金属离子，再在衬底表面沉积成膜的一种方法。
通过控制气相反应的物理条件，如温度、压强、流速等参数，可以实现对纳米二氧化钛薄膜的可控制备。
该方法制备的纳米二氧化钛薄膜薄，适用于光电器件的制备。
以上介绍了几种常用的纳米二氧化钛制备方法，各有优劣。
在实际应用中，可根据具体要求选择合适的制备方法，以实现对纳米二氧化钛材料的可控制备。
二、纳米二氧化钛的光催化性能研究纳米二氧化钛具有优良的光催化性能，主要是由于其带隙能宽（3.2eV）和能带结构的特殊性质所致。
在紫外光照射下，纳米二氧化钛表面产生电子-空穴对，在存在氧分子的情况下，电子和空穴可分别参与氧分子的还原和氧分子的氧化反应，从而实现对有机废水中有机物的降解，达到净化水质的目的。
由于纳米二氧化钛具有良好的稳定性和可再生性，因此在环境治理方面具有巨大潜力。
针对纳米二氧化钛的光催化性能研究，研究者们主要通过调控纳米二氧化钛的晶型、晶粒大小、表面形貌等因素，以提高其光催化活性。
通过掺杂其他金属离子或非金属元素，可以调控纳米二氧化钛的带隙能宽，提高其可见光吸收率，从而提高光催化活性；通过合成纳米二氧化钛的不同形貌，如纳米棒、纳米粒等，可以增加其光催化活性表面积，改善光催化反应速率。
以上研究为纳米二氧化钛的光催化性能提供了理论和实验基础，为纳米二氧化钛的实际环境治理应用奠定了基础。
除了光催化性能外，纳米二氧化钛还具有良好的光电性能，因此在光电器件领域也备受关注。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究
1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
【精品】纳米二氧化钛光催化性能研究
纳米二氧化钛光催化性能研究一、实验目的1.了解纳米光催化材料的性质；2.确定纳米二氧化钛光催化降解罗丹明B水溶液的反应速率常数；了解光催化剂催化性能评价的一般方法。
二、实验原理纳米粉体是指颗粒粒径介于1～100nm之间的粒子。
由于颗粒尺寸的微细化，使得纳米粉体在保持原物质化学性质的同时，与块状材料相比，在磁性、光吸收、热阻、化学活性、催化和熔点等方面表现出奇异的性能。
具有许多独特的性质。
比表面积大，表面张力大，熔点低，磁性强，纳米TiO2光吸收性能好，特别是吸收紫外线的能力强，表面活性大，热导性能好，分散性好等。
电极在光照下分解水的功能以来，有关二自1972年Fujishima等发现TiO2氧化钛等半导体光催化剂的研究成为能源开发和环境科学领域的热点。
利用TiO2粉末对各种有机污染物以及工业废水中的有毒物质进行处理的研究发现，TiO2不仅能降解、完全矿化绝大部分有机物，还能杀死微生物，甚至能还原溶液中的有毒金属离子。
一般认为二氧化钛的禁带宽度为3.0~3.2eV，在紫外光区才有吸收，只能利用太阳光的5%左右，对室内可见光的利用率就更低，低的光量子力效率是限制二氧化钛光催化实际应用的主要原因。
受到大于禁带宽现在普遍认为，半导体受光激发后会产生电子和空穴。
TiO2度能量的光子照射后，价带中的电子就会被激发到导带，产生高活性电子e-和表面的OH-反应生成氧空穴h+，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与TiO2化性很高的·OH自由基，激发态的导带电子和价带空穴也可以重新复合，使光能以热或其他形式散发掉。
+hν→e-+h+(1)TiO2e-+h+→热量(2)一般而言，TiO2的光催化离不开空气和水溶液，这是因为水分子或氧气分子与光生电子或空穴结合可产生化学性质极为活泼的自由基，其反应历程如下：h++H2O→·OH+H+(3)h++OH-→·OH(4)电子(e-)与表面吸附的氧分子反应历程：O2+e-→·O2-(5)·O2-+H2O→·OOH+OH-(6)2·OOH→O2+H2O2(7)·OOH+H2O+e-→H2O2+OH-(8)H2O2+e-→·OH+OH-(9)H2O2+·O2-→·OH+OH-(10)在上面的式子中，活泼的羟基自由基(·OH)以及超氧离子自由基(·O2-)，都是氧化性很强的活泼自由基，能够将各种有机物直接氧化为CO2、H2O等无机小分子。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛（Nano-TiO2）作为一种重要的光催化材料，在环境保护、能源领域以及光电子学等方面具有广泛的应用前景。
随着人们对环境污染和能源危机的重视，纳米二氧化钛的研究变得越来越重要。
纳米二氧化钛具有高度的表面积和优良的光催化性能，具有分解有机污染物、净化水体、杀灭细菌等优良应用性能。
此外，纳米二氧化钛还具有优良的光电性能，可用于太阳能电池、光催化剂、传感器等领域。
然而，纳米二氧化钛的制备方法、光催化性能和光电性能仍然有待深入研究。
针对纳米二氧化钛在不同应用领域的需求，如何实现其可控制备，提高其性能，成为当前研究的重点之一。
因此，对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究成为了研究者们关注的焦点。
1.2 研究目的本研究旨在探究纳米二氧化钛的可控制备方法及其在光催化和光电领域中的性能表现。
通过深入研究纳米二氧化钛的制备工艺和性能特点，我们希望能够揭示其在光催化和光电应用中的潜在优势和局限性。
通过对纳米二氧化钛可控制备技术的探讨，我们也旨在为提高纳米二氧化钛的光催化和光电性能提供理论支持和实验依据。
通过本研究，我们希望为纳米二氧化钛材料在环境净化、太阳能转化等领域的应用提供新的思路和方法，为其在实际工程中的推广和应用打下坚实的基础。
1.3 研究意义通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和结构可以调控其光催化和光电性能，进而提高其在环境净化和能源转化中的效率。
对纳米二氧化钛的制备方法和条件进行优化可以降低生产成本，推动其实际应用。
深入研究纳米二氧化钛与其他材料的复合及界面相互作用也为开发新型光催化和光电器件提供了新思路和途径。
纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究不仅对推动纳米材料领域的发展具有重要意义，也为解决环境污染和能源危机等重大问题提供了新的思路和解决方案。
正在越来越受到科研人员和产业界的重视，有望在未来取得重要的突破和进展。
纳米二氧化钛复合光催化剂的制备、表征及其可见光催化性质研究的开题报告
纳米二氧化钛复合光催化剂的制备、表征及其可见光催化性质研究的开题报告一、选题背景随着环境污染问题的日渐严重，光催化技术成为了处理污染物的有效方法之一。
纳米二氧化钛是一种广泛应用于催化领域的重要材料，具有优异的光催化性能。
然而，其纯二氧化钛没有可见光响应能力，限制其在可见光催化中的应用。
因此，将二氧化钛和其他材料复合，促进其可见光催化活性的研究备受关注。
二、研究目的和意义本研究旨在制备纳米二氧化钛复合光催化剂，并对其物理化学性质进行表征。
同时，考察不同复合材料对于可见光催化活性的影响，探究复合光催化剂的机理，以期提高催化效率。
三、研究内容1. 纳米二氧化钛的制备及表征2. 不同材料与纳米二氧化钛的复合制备3. 复合材料的物理化学性质表征4. 复合光催化剂的可见光催化性能测试及机理探究四、预期成果1. 成功制备和表征纳米二氧化钛复合光催化剂2. 研究不同复合材料对可见光催化活性的影响3. 探究光催化反应机理4. 得到复合光催化剂的最优制备方案五、研究方法1. 纳米二氧化钛的制备方法：水热法2. 不同复合材料的制备方法：共混法、溶胶-凝胶法3. 复合光催化剂的性能测试方法：紫外可见光谱、荧光光谱、透射电子显微镜等六、研究进度安排1. 第一阶段（1-3个月）：研究纳米二氧化钛的制备及表征2. 第二阶段（4-6个月）：研究不同复合材料制备及表征3. 第三阶段（7-9个月）：测试复合光催化剂的可见光催化性能及机理探究4. 第四阶段（10-12个月）：结果分析和答辩准备七、参考文献1. Chen J, Ollis DF. Photocatalytic degradation of dilute solutions of dichloroacetic acid in aqueous TiO2 suspensions under UV irradiation: effects of pH, dichloroacetic acid concentration, and other bacterial growth-preventing agents. Applied Catalysis B: Environmental, 1994,4(2-3): 169-181.2. Y. Hou, X. Zhuang, G. Chen, and S. Dai, “Tunable Photocatalytic Selectivity of Mixed-Phase TiO2 Nanocrystals,” Journal of the American Chemical Society, vol. 134, no. 2, pp. 657–660, 2012.3. J. J. Yoo, W. Li, J. H. Kim et al., “High-activity TiO2/graphene oxide nanocomposites prepared by molecul ar grafting and photocatalytic characterization under visible light irradiation,” Acs Applied Materials & Interfaces, vol. 6, no. 14, pp. 11145–11152, 2014.4. K. Augugliaro, V. Augugliaro, M. Schiavello et al., “Anion-doped Ti-based semiconductors for photocatalytic degradation of pollutants under visible light,” Journal of Molecular Catalysis A: Chemical, vol. 238, no. 1-2, pp. 153–162, 2005.5. Cai, L., Jiao, Z., Zhang, X., Yang, G., Huang, Y., & Tian, J. (2019). S-doped g-C3N4 with improved visible light photocatalytic activity. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 30(16),15334-15343.。
纳米二氧化钛粒子的可控制备、表征及其对甲醛降解反应的光催化性能的研究
北京工业大学硕士学位论文纳米二氧化钛粒子的可控制备、表征及其对甲醛降解反应的光催化性能的研究姓名：陈小宾申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：马重芳20070501图２＿３所得纳米Ｔｉ０２的ＳＥＭ图ｏｆｔｈｅ鹪一ｒｅｃｅｉｖｅｄｎａｎｏｍｅｔｅｒＴｉ０２Ｆｊｇｕ∞２—３ＴｈｅｓＥＭｉｍａｇｃ２．５．２反应温度对粒径的影响将四氯化钛浓度为２０％，改变反应温度在２０℃．８０℃之间，每改变５℃做一次实验。
其它条件固定如下：滴加速度４ｓ／漓，溶液加水量６０ｍＬ，碳酸铵质量４０９，煅烧温度４００℃。
按上述制备方法进行实验，由Ｍｓ．２０００激光粒度分析仪测得纳米二氧化钛的粒径结果如图２－４所示：从图２－４可看出，在５０℃以下，随反应温度升高，粒径变小；从５０℃开始粒径又增大。
这是因为当温度较低时（５０℃之前），溶胶粒子的形成主要受扩散控制，因为温度升高使扩散速度加快，对晶核形成有利；同时反应温度的提高可能导致溶胶形成过程中的水解速度和凝胶形成过程中的聚合反应的速度加快，这样有可能导致较小的水解度和聚合度，从而使得相应形成的干凝胶粉末晶化后的产品的晶粒度减小。
但是随着温度的升高，虽然溶液中胶粒的扩散速度加快，但胶粒生长速度更快，占主导作用，形成的数目逐渐增多，使溶液形成过饱和溶液。
根据均相成核理论，临界核半径为：ｆ－２艿Ｖ。
／Ｉ盯ｌＩｌＳ【式中Ｖ。
为摩尔体积；Ｒ为摩尔气体常数；Ｓ＝Ｃ／Ｃｏ（Ｃ为过饱和浓度，Ｃｏ为饱和浓度）为相对临界过饱和度１。
从上式可知，控制溶液过饱和度才能获得临界半径小的Ｔｉ（０Ｈ）４胶粒，而过饱和度对温度敏感，温度升高，过饱和度下降，使临界半径增大。
在本实验中，５０－２２．℃出现胶粒尺寸最小值后，６０℃粒径又增大，这正是温度升高过饱和度下降的结果。
由此，本实验确定反应温度宜为５０℃。
苣５艇爨嚣Ｓ球ｌ！桨舞纂血反应温度（℃）图２－４反应温度对粒径的影响ＦｉｇＩｌｒｅ２－４Ｔｈｅｅ髓ｃｔｏｆｒｅａｃｔｊｏｎｔｅｒｎｐｅｒａｍｒｅｔｏｔｈｅｐａｒｔｉｃｌｅｄｊ锄ｅｔｅｒ图２・５所得纳米Ｔｉ０２的ＳＥＭ图Ｆｉｇｕｒｅ２－３ｎｌｅｓＥＭｉｍａｇｃｏｆｔｈｅ舔－ｒｅｃｅｉｖｅｄｎａＩｌｏｍｅｔｅｒＴｊ０２在四氯化钛质量浓度为２０％，反应温度５０℃，滴加速度４ｓ／滴，溶液加水量图２－７所得纳米Ｔｉ０２的ｓＥＭ图Ｆｉｇｌｌｒｃ２—３ＴｈｅＳＥＭｉｍａｇｅｏｆｔｈｅａｓ・ｒｅｃｅｉｖｅｄｎａＩｌｏｍｅｔｅｒｎ０２在四氯化钛质量浓度为２０％，反应温度５０℃，滴加速度３ｓ／滴，溶液加水量６０ｍＬ，碳酸铵质量４０９，在４００℃下锻烧２ｈ后放大ＩＯ万倍的纳米ｎ０２分析结果见图２．７，通过微粒ｓＥＭ图相的观测，产物是球形粒子。
《2024年纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究》范文
《纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水污染问题尤为突出。
纳米二氧化钛（TiO2）作为一种具有优异光催化性能的材料，在污水处理和分析检测领域展现出巨大的应用潜力。
本文将就纳米二氧化钛的光催化性质及其在污水处理与分析检测中的应用进行详细的研究和探讨。
二、纳米二氧化钛的光催化性质纳米二氧化钛具有较高的比表面积和独特的电子结构，能够在光的照射下产生光生电子和光生空穴，进而与水中的氧气和氢离子发生反应，生成具有强氧化性的羟基自由基（·OH）。
这种强氧化性的·OH能够与水中的有机污染物发生反应，将其分解为无害的物质，从而达到净化水质的目的。
此外，纳米二氧化钛还具有较高的化学稳定性和无毒性，因此在环境保护领域具有广泛的应用前景。
三、纳米二氧化钛在污水处理中的应用1. 降解有机污染物：纳米二氧化钛光催化技术能够有效地降解水中的有机污染物，如染料、农药、油污等。
这种技术具有反应条件温和、无二次污染等优点，因此在水处理领域具有广泛的应用前景。
2. 去除重金属离子：纳米二氧化钛光催化技术还能够与水中的重金属离子发生反应，将其转化为易于沉淀的形态，从而实现从水中去除重金属离子的目的。
3. 净化饮用水：由于纳米二氧化钛光催化技术具有无毒、无二次污染等优点，因此可以应用于饮用水净化领域，提高饮用水的质量。
四、纳米二氧化钛在分析检测中的应用1. 生物分子检测：纳米二氧化钛具有较高的比表面积和生物相容性，可以用于生物分子的固定和检测。
例如，可以利用纳米二氧化钛制备生物传感器，用于检测蛋白质、核酸等生物分子。
2. 食品检测：纳米二氧化钛可以用于食品中有害物质的检测。
例如，可以利用纳米二氧化钛光催化技术对食品中的农药残留进行降解，并利用光谱技术对降解后的产物进行定量分析。
3. 环境监测：纳米二氧化钛还可以用于环境监测中，如大气中有害物质的检测。
纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究
纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究纳米二氧化钛光催化及其在污水处理与分析检测中的应用研究摘要：随着工业化和城市化的不断发展，污水排放问题日益突出，严重影响着我们的生活环境和健康。
纳米材料在环境领域具有广阔的应用前景，其中纳米二氧化钛因其良好的光催化性能而备受关注。
本文综述了纳米二氧化钛光催化技术的基本原理和机理，并重点探讨了其在污水处理和分析检测中的应用研究进展。
研究表明，纳米二氧化钛能够通过吸收太阳光产生电子和空穴，进而诱导光催化反应发生，对有机污染物和重金属离子具有良好的降解和去除效果。
同时，纳米二氧化钛还能够通过光催化氧化反应生成活性氧物种，对污水中的有机物进行降解和去除。
此外，该技术还可应用于环境污染指标的快速检测和分析，具有操作简单、准确性高、灵敏度和选择性好等优势。
然而，在实际应用中仍存在一些挑战，如纳米二氧化钛的稳定性、寿命以及对污染物的选择性等问题。
因此，需进一步深入研究和优化纳米二氧化钛的制备方法和表面修饰技术，以提高其在污水处理和环境分析检测中的应用效果。
关键词：纳米二氧化钛；光催化；污水处理；分析检测1. 引言随着工业化和城市化的发展，污水排放问题越来越突出，严重影响着我们的生活环境和健康。
有机污染物和重金属离子是常见的污水污染物，它们对水体和生态环境造成严重的破坏。
因此，研究开发高效、低成本的污水处理技术至关重要。
纳米材料因其独特的物理和化学特性，在环境领域展示了广阔的应用前景。
纳米二氧化钛（TiO2）作为一种广泛研究的光催化材料，在污水处理和分析检测中表现出了出色的性能。
纳米二氧化钛可以通过吸收太阳光产生电子和空穴，并在光照条件下诱导光催化反应发生，从而实现有机污染物和重金属离子的降解和去除。
2. 纳米二氧化钛光催化技术的原理和机理纳米二氧化钛的光催化效应主要基于其材料的能带结构和表面特性。
纳米二氧化钛的能带结构包括导带和价带，在光照条件下，纳米二氧化钛能够吸收太阳光的能量，使电子从价带跃迁到导带，同时生成空穴。
纳米二氧化钛的光催化性能研究
纳米二氧化钛的光催化性能研究唐小红;张云;张萍;尹光福;周大利;郑昌琼【期刊名称】《功能材料》【年(卷),期】2004(035)002【摘要】采用TiOSO4常温水解法制备纳米二氧化钛,以甲基橙溶液做光催化降解实验,考察各种因素对光催化降解效果的影响.结果表明:加入表面活性剂方式制备的纳米TiO2具有更大的比表面积,光催化降解效果明显;甲基橙溶液的初始浓度越低,光催化降解效果越好;锐钛晶型96.5%、金红石晶型3.5%(质量比)的混晶型纳米TiO2具有更高的光催化活性;进行过多次光催化实验的纳米TiO2经再生后仍然可保持较高的光催化活性.【总页数】3页(P236-238)【作者】唐小红;张云;张萍;尹光福;周大利;郑昌琼【作者单位】四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065;四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065;四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065;四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065;四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065;四川大学,材料科学与工程学院,四川,成都,610065【正文语种】中文【中图分类】TB34【相关文献】1.负载型纳米二氧化钛光催化剂制备及其光催化性能研究 [J], 朱新锋;杨家宽;肖波;王秀萍2.纳米二氧化钛光催化剂的涂料固载及光催化性能 [J], 严春芳;李翔;魏刚3.紫外光照射下丙炔光催化水解反应的研究Ⅰ. 纳米二氧化钛光催化剂的性能 [J], 张金龙;徐华胜;安保正一4.钆掺杂纳米二氧化钛光催化剂的制备及其光催化性能研究 [J], 杨辉;李芬;刑宝岩5.磁载纳米二氧化钛光催化剂的制备及光催化性能 [J], 王继库;陈浩;赵丽娜;王春莲;徐占林因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米二氧化钛可见光催化的研究进展
纳米二氧化钛可见光催化的研究进展雷育斌;刘鹏程;朱雯雯;章佳莹;杜道林;肖翔【期刊名称】《化工环保》【年(卷),期】2015(035)003【摘要】TiO2纳米材料是目前研究最为广泛的光催化纳米材料之一.但TiO2通常只在紫外光下具有光催化活性,严重影响了它的实际应用范围.光敏化作用以及配合物-金属电子转移等途径可将TiO2的光响应范围拓展到可见光区域,成为TiO2光催化领域的研究热点.综述了近年来光敏化作用和配合物-金属电子转移等方法在TiO2可见光催化领域的研究进展,旨在为今后进一步扩大TiO2的实际应用提出新的研究方向.【总页数】6页(P253-258)【作者】雷育斌;刘鹏程;朱雯雯;章佳莹;杜道林;肖翔【作者单位】江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013;江苏大学环境与安全工程学院,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】O69【相关文献】1.纳米二氧化钛可见光催化活性的最新研究进展 [J], 周武艺;高琼芝;刘伟安;付绍敏;杨卓鸿2.微量PVA衍生物改性纳米二氧化钛的可见光催化性能 [J], 施乐;石亚欣;罗青枝;殷蓉;李雪艳;安静;王德松3.活性炭纤维负载氮掺杂纳米二氧化钛可见光催化降解甲醛气体 [J], 饶俊元; 刘建新; 黄弦; 杨远秀; 郭婉婷; 王万证; 侯明才4.纳米二氧化钛复合材料可见光催化性能的研究进展 [J], 房鑫鑫;查雅君;徐立;于亚楠;鞠剑峰5.以偏钛酸浆料制备氮掺杂纳米二氧化钛及其可见光催化性能研究 [J], 黎经纬;傅敏;董帆;廖佳珍;边际;李红梅;刘红艳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
纳米二氧化钛光催化应用
纳米二氧化钛光催化应用纳米二氧化钛是近年来发展起来的一种新型高性能材料，其粒子尺寸在1～100nm，表面能和表面张力随粒径的下降急剧增大而使其具有块状材料所不具备的量子尺寸效应、体积效应、表面效应和宏观隧道效应。
与常规材料相比，纳米二氧化钛具有比表面积大、磁性强、光吸收性好、表面活性大、热导性好、分散性好等独特的性能，同时还具有光化学性质稳定、催化效率高、氧化能力强、无毒、价格便宜等优点，在化妆品、塑料、涂料、精细陶瓷、催化剂及环保领域应用广泛。
无机抗菌剂纳米二氧化钛是一种N型半导体，受到波长小于387.5nm 的紫外光的照射时，价带上的电子跃迁到导带，激发电离出电子同时产生正电性的空穴，产生电子–空穴对(e--h+)，并与其表面吸附的O2 和OH- 作用生成超氧化物阴离子自由基O2-和羟基自由基·OH，新生成的这两种自由基非常活泼，当遇到细菌时直接攻击细菌的细胞壁、细胞膜或细胞内的组成成分，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄葡萄球菌、沙门氏菌、牙枝菌和曲菌及癌细胞等有很强的杀灭能力。
以·OH为例，·OH有很强的氧化能力，它攻击有机物的不饱和键或抽取其氢原子，反应产生的新自由基将会激发链式反应，致使细菌蛋白质的多肽链断裂和糖类解聚，杀死细菌并使之分解。
美国得克萨斯大学研究人员将大肠杆菌和纳米二氧化钛混合液在大于380nm 的光线下照射，发现大肠杆菌以一级反应动力方程被迅速杀死。
东森公司研制的纳米二氧化钛对23 种有害细菌具有明显的杀菌、抑菌效果。
日本已经开发出了用纳米二氧化钛被覆的抗菌陶瓷品，其制造工艺是先将纳米二氧化钛加水制成浆料，涂在陶瓷砖表面，经高温锻烧即得到1cm厚具有杀菌性能的纳米二氧化钛薄膜产品。
该产品在光照射下能完全杀死表面细菌；若要使其在微弱光下亦有抗菌性能，可在纳米二氧化钛浆料中添加银、铜离子化合物。
添加约1%纳米二氧化钛的抗菌塑料，可广泛应用于食品包装、电器、家具、餐具、公共设施等，以防止病菌的繁殖和交叉感染。
光催化实验报告范文
光催化实验报告范文摘要：本实验旨在研究光催化技术在有机废水处理中的应用。
通过制备不同光催化剂并对其性能进行测试，评估其在降解有机废水中的效果。
实验结果表明，光催化剂对有机废水具有良好的降解效果，具有很大的应用潜力。
引言：随着工业化进程的不断加快，大量有机废水的排放严重污染了环境。
传统的污水处理方法存在着效率低、成本高等问题。
而光催化技术则是一种高效、环保的废水处理方法。
光催化技术利用光催化剂在光照条件下产生的活性氧，对废水中的有机污染物进行降解。
本实验旨在制备不同光催化剂，并研究其在有机废水处理中的应用效果。
材料与方法：1.实验仪器：紫外可见分光光度计、反应器、恒温槽等。
2.实验材料：四氯化钛、二氧化钛、氧化锌等。
3.实验步骤：1)制备光催化剂：分别称取四氯化钛、二氧化钛和氧化锌，经过预处理后，放入反应器进行高温处理得到相应的光催化剂。
2)有机废水处理：将制备好的光催化剂分别加入预先准备好的有机废水中，通过紫外可见分光光度计对废水中有机物的降解情况进行监测。
3)确定最佳条件：对不同光催化剂在不同条件下的性能进行比较，包括光照强度、催化剂浓度、废水初始浓度等。
结果与讨论：实验结果显示，不同的光催化剂对有机废水的降解效果有显著差异。
其中，二氧化钛催化剂表现出最佳的性能，在一定条件下能达到较高的降解率。
而氧化锌催化剂的降解效果较差。
这可能是由于二氧化钛的能带结构和吸附效能更适合废水中有机物的降解。
通过比较不同条件下的效果，确定了最佳的光照强度和催化剂浓度，以及废水初始浓度。
随着光照强度和催化剂浓度的增加，废水中有机物的降解率也随之提高。
而废水初始浓度对降解效果的影响较小。
结论：本实验通过制备不同光催化剂，并对其在有机废水处理中的效果进行评估，得出了以下结论：1.光催化技术可以有效地降解有机废水。
2.不同的光催化剂对有机废水的降解效果有显著差异，其中二氧化钛催化剂具有较好的性能。
3.光照强度和催化剂浓度对降解效果有显著影响，而废水初始浓度对降解效果的影响较小。
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收稿日期:2003203217. 第一作者:张金龙,男,1964年生,博士,教授.联系人:张金龙.Tel :(021)64252062;Fax :(021)64252062;E 2mail :jlzhang @.基金项目:国家自然科学基金资助项目(20073026);教育部科技重点项目;上海市教委曙光计划,上海市纳米发展与促进中心纳米专项资助.文章编号:025329837(2003)1120845204研究论文:845～848紫外光照射下丙炔光催化水解反应的研究Ⅰ.纳米二氧化钛光催化剂的性能张金龙1, 徐华胜1, 安保正一2(1华东理工大学精细化工研究所,上海200237;2大阪府立大学工学部应用化学系,大阪59928531,日本)摘要:采用5种不同的纳米二氧化钛为光催化剂,考察了它们在丙炔水解反应中的光催化活性,并用X 射线衍射和漫反射紫外2可见吸收光谱技术进行了表征.研究了催化剂表面物理化学性质与在丙炔光催化水解反应中的构效关系.实验结果表明,纳米二氧化钛光催化剂能够引发丙炔的光催化水解反应,生成乙烷和乙烯等产物;锐钛矿相纳米二氧化钛具有较高的光催化活性,在晶型相同的情况下,影响光催化活性的主要因素是催化剂的粒径和比表面积.关键词:纳米二氧化钛,光催化剂,丙炔,水解,紫外光辐射中图分类号:O643 文献标识码:AStudy on the Photocatalytic H ydrolysis of Methylacetyleneunder UV Light IrradiationⅠ.Performance of N ano 2titania PhotocatalystZHANG J inlong13,XU Huasheng 1,Masakazu ANPO2(1Institute of Fine Chemicals ,East China U niversity of Science and Technology ,S hanghai 200237,China ;2Depart ment of A pplied Chemist ry ,Graduate School of Engineering ,Osaka Pref ecture U niversity ,121Gakuen 2cho ,S akai ,Osaka 59928531,Japan )Abstract :Five kinds of nanosized titania were used as photocatalysts for the hydrolysis of methylacetylene and characterized by X 2ray diffraction and diffuse reflectance UV 2Vis absorption spectroscopy.The relationship be 2tween the photocatalytic activity and the physico 2chemical properties of the catalysts was investigated.The re 2sults show that the nanosized titania photocatalysts can induce photocatalytic hydrolysis of methylacetylene to produce ethane ,ethylene and other products.Nanosized titania with anatase exhibits higher photocatalytic activ 2ity.The main factors that affect the photocatalytic activity are grain size and surface area when the photocata 2lysts have the same crystal structure.K ey w ords :nanosized titania ,photocatalyst ,methylacetylene ,hydrolysis ,ultraviolet light irradiation 目前,人们生活中所利用的能源大部分来自石油、火力发电.或原子能发电.但是,原子能发电存在安全隐患和放射性废弃物需要处理等诸多问题.火力发电由于大量消耗煤炭,引起地球气候变暖和大气污染等问题,并且将来石油和煤炭等天然资源有可能会枯竭[1].基于上述原因,人们一直在寻找新的替代能源.太阳能是首选的替代能源,利用太阳能的途径之一光催化反应已经受到人们广泛关注[2～4].纳米氧化钛光催化剂可以有效地把光能转化成电能和化学能.光催化剂吸收了与价带和导第24卷第11期 Vol.24No.11催 化 学 报Chinese Journal of Catalysis2003年11月 November 2003带的带隙能相当的光能后,导致电子和空穴分离,空穴的氧化能和电子的还原能通过氧化还原反应而转化为化学能.1972年,Fujishima等[5]揭示了以半导体二氧化钛为光电极,利用光能可以直接分解水.此后,利用非均相光催化反应分解水及光催化的研究报道大量涌现[6～14].但是,由于直接光催化分解水的效率很低,其生产成本很高,至今仍然没有实现工业化. 水直接光分解是相当困难的,但可以通过与有机物的光催化反应间接分解制氢[15].受此启发,水可以作为氢的来源研究光催化反应.本研究就是将光催化水解产氢反应与丙炔的光解反应耦合起来,以利用前一反应提供的氢源实现丙炔的光催化氧化分解反应并产生乙烷和乙烯等产物.反应采用5种不同粒径和比表面积的纳米二氧化钛为光催化剂,研究了丙炔光催化水解反应.由于不同二氧化钛样品在紫外线照射下产生的电子和空穴的空间距离不同,催化剂表现出不同的光催化反应选择性,以此研究了催化剂的构效关系.1 实验部分1.1 纳米二氧化钛光催化剂的制备 实验中所采用的纳米二氧化钛光催化剂是日本催化学会作为参照催化剂从TiCl4气相法制备的P2 25,水热制备的S2TiO2,以及昭和电工株式会社所提供的纳米光催化剂F22,F24和F26.将催化剂在723K焙烧5h后使用.1.2 纳米二氧化钛光催化剂的表征 采用日本理学株式会社RIN T21200型X射线衍射仪进行XRD分析.Cu石墨单色器,Cu Kα线,λ=0115405nm,管电压40kV,管电流20mA. 漫反射紫外2可见吸收光谱由带有积分球ISR2 2200的岛津UV22200型自动分光光度计测定,测定模型为反射率,扫描宽度为5nm,测定结果进行Kubelka2Munk变换,得到其吸收光谱.1.3 纳米二氧化钛光催化剂的性能评价 在石英反应管中加入100mg光催化剂,缓慢升温至423K,保温1h.通入5133kPa的氧气后升温至723K处理3h,再降温到473K脱气处理2h.然后降至室温,导入反应物丙炔(30μmol)和水(150μmol),用恒温槽保温在330K.灯源用东芝SHL2 100型高压水银灯,采用UV2279型滤色片.光照反应3h后,利用气相色谱仪(岛津GC212A型和14A 型)定量检测反应生成物,用岛津C2R5A型数据处理机处理数据.2 结果与讨论2.1 纳米二氧化钛光催化剂的物理化学性质 本研究中所使用的5种光催化剂的XRD谱如图1所示.2θ=25128°的峰为锐钛矿相(101)面,2θ=27142°为金红石相(110)面.图1 不同纳米二氧化钛光催化剂样品的XR D谱Fig1 XRD patterns of various nano2TiO2photocatalyst samples(1)P225,(2)S2TiO2,(3)F22,(4)F24,(5)F26 从下式可以求得锐钛矿相的含量:f=1/(1+1.26I R/I A)式中f为锐钛矿相的含量,I R为金红石相(110)面的X射线的衍射强度,I A为锐钛矿相(101)面的X 射线的衍射强度. 从Scherrer式可以求得二氧化钛的粒子半径:D hkl=Kλ/βcosθ式中D hkl是(hkl)面垂直方向晶粒的半径(nm),λ是X射线波长(nm),β是X射线衍射线宽(rad),θ是衍射角(°),K为常数.当β为半宽β1/2时,K为019;当β为积分宽时,K为1.所谓的半宽是指在衍射线高度一半的位置所测得的衍射线宽度.从Scherrer式求得二氧化钛的粒子半径,锐钛矿相的含量以及比表面积等物性常数,如表1所列.可以看出,纳米二氧化钛的粒径愈小,其比表面积愈大.在所有样品中,二氧化钛的主要晶相为锐钛矿相,而且各催化剂的锐钛矿相含量几乎没有差异,晶型也几乎相同.・648・ 催 化 学 报第24卷表1 不同纳米二氧化钛光催化剂的物理化学性质Table 1 Physico 2chemical properties of various nano 2TiO 2photocatalyst samplesCatalyst Anatase content(%)Am 2/g Particle size (nm )Band gap (eV )ImpurityClFeAlSiP 22570.95020.3 3.23S 2TiO 286.12533.9 3.14F 2272.32722.6 3.200.10.0010.010.02F 2487.55414.5 3.250.10.0010.010.02F 2681.010210.83.090.10.0010.010.022.2 纳米二氧化钛光催化剂的紫外吸收光谱 5种纳米二氧化钛的漫反射紫外2可见吸收光谱如图2所示.可以看出,随着粒径的减小,样品没有出现半导体粒子能级差(E g )增大的量子尺寸效应.除F 26以外,其它样品的紫外吸收非常接近.量子尺寸效应只在粒径小于10nm 时才能被观察到[16,17],本实验中的纳米光催化剂的粒径都在10nm 以上,因此没有观察到量子尺寸效应.根据催化剂样品的紫外2可见吸收光谱可以计算出金红石相的带隙能为3102eV ,锐钛矿相的带隙能为3123eV [16].从图2可知,本实验所用的纳米二氧化钛的E g 在312eV 左右,与锐钛矿相二氧化钛的带隙能3123eV 相近.因此,本研究所用的二氧化钛的晶相主要是锐钛矿相.这与XRD 的结果相一致.图2 不同纳米二氧化钛光催化剂的UV 2Vis 谱Fig 2 Diffuse reflectance UV 2Vis absorption spectra ofvarious nano 2TiO 2photocatalyst samples(1)P 225,(2)S 2TiO 2,(3)F 22,(4)F 24,(5)F 262.3 纳米二氧化钛光催化剂的活性 在光照下,由于在二氧化钛中产生的电子和空穴的空间距离不同,丙炔和水的光催化反应有不同的反应选择性[15,18～20].丙炔水解光催化反应主要生成乙烷和丙烯,其它的产物有甲烷、乙烯、丙烷、酮、醛、一氧化碳和二氧化碳等.如果没有水,光催化反应就不能进行.因此,光催化反应与二氧化钛上的水分解密切相关[15].根据以前的研究结果可知,二氧化钛受光照后产生空穴,OH -俘获空穴后生成OH 自由基,H +俘获电子后生成H 自由基,它们分别发生了氧化和还原反应[21～23].乙烷等是经过丙炔中的碳2碳键断裂后生成的.该反应和简单的氢化反应不同,只有在光激发后产生的电子和空穴附近存在H +和OH -时反应才能进行.表2列出了5种光催化剂在紫外光(λ>270nm )照射下的光催化活性(以乙烷产率表示).可以看出,除F 24以外,催化剂的粒径越小,其光催化活性越高.这可能是由于随着粒径的减小,受光激发后二氧化钛晶体内部产生的电子和空穴迁移到表面所需的距离缩短.因此,迁移过程中,电子和空穴重新结合的概率减少. 比较表1和表2中数据可见,纳米二氧化钛光催化剂的活性与其比表面积同样有密切的关系.光催化活性随着比表面积增大而升高.表2 不同纳米二氧化钛催化剂上丙炔水解反应中乙烷的产率Table 2 Y ield of C 2H 6in photocatalytic hydrolysis of CH 3CCH withH 2O on various nano 2TiO 2photocatalyst samples Catalyst d /nmY (C 2H 6)/(μmol/(g ・h ))P 22520.3 2.9S 2TiO 233.9 1.6F 2222.6 2.1F 2414.5 2.4F 2610.83.4UV light (λ>270nm )irradiation 综上所述结果,采用纳米二氧化钛为光催化剂能够引发丙炔的光催化水解反应,生成乙烷和乙烯等产物.呈锐钛矿相的纳米二氧化钛具有较高的光催化活性.在晶型几乎相同的情况下,影响光催化活性的主要因素是催化剂的粒径和比表面积.在丙炔水解的光催化反应中,光催化活性随光催化剂粒径的减小而升高,也随着比表面积的增大而升高.・748・第11期张金龙等:紫外光照射下丙炔水解光催化反应的研究 Ⅰ.参考文献1 Oonishi T.Shokubai,S ono Himitsu Wo Shagaru.Tokyo: Oonihontosyou(Catalyst,Investigation of That Secrecy.Tokyo:Great Japanese Book),1987.362 Y amashita H,Zhang J L,Matsuoka M,Anpo M.Photo2 functional Zeolites.New Y ork:Nova 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