二氧化钛光催化剂的制备研究
二氧化钛复合材料的制备及光催化性能研究
二氧化钛复合材料的制备及光催化性能研究黑龙江省巴彦县佳木斯大学 154000摘要本文选用白云母KAl2(AlSi3O10)(OH)2和钛酸丁酯C16H36O4Ti作为原料在水热的条件下制备出了白云母/TiO2复合光催化剂。
通过使用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外线光谱分析仪和紫外可见光吸收光谱对其结构进行表征，并研究了复合物的光催化活性。
关键词：白云母/TiO2复合光催化剂；水热合成；光催化1概述1.1 TiO2简介云母是一种表面带有活性基团的层状硅酸铝大分子。
白云母是一种层状矿物，具有高比表面积、强吸附性和良好的化学稳定性。
白云母晶体的切片层可以提供光滑的基底，它的原子级光滑表面易于通过劈开来制备。
为了蛋白质结晶的目的，可以对云母表面进行改性，表面离子可以被各种碱金属离子交换。
改变表面离子对水层的有序性有直接影响，这被称为结构破坏或促进。
除了SFA，表面X射线衍射、原子力显微镜、分子动力学模拟和X射线反射率也被用来确定改性云母及其液体表层的表面结构。
由于白云母的(001)面沿c轴滑动，它可以有两个不同的终端，它们在(010)面上相互成镜像。
二氧化钛是三种不同的多态体：锐钛矿，金红石和板钛矿。
二氧化钛的主要来源和最稳定的形式是金红石。
这三种多态性都可以在实验室很容易地合成。
1.2光催化机理在光照条件下，TiO2表面的超亲水性起因于其表面结构的变化。
在紫外光照射下，TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ti反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。
此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水（表面羟基），化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。
2实验步骤2.1酸处理白云母称取5 g白云母放入三口烧瓶中，加入浓度为20%的稀硫酸150 mL，在水浴锅中80℃搅拌25 min，冷却至室温，用去离子水洗涤至中性，且用0.1mol/L氯化钡溶液检测不出SO42-，放在80℃烘箱中干燥备用。
高活性纳米二氧化钛可见光催化剂的制备及其光催化-ResearchGate
1 TiO2具有较宽的禁带宽度，氧化能力强 生物、化学、光化学，稳定性好 2 生物、化学、光化学，稳定性好 3 3 无毒、价廉、环境友好，能利用太阳能
光催化还原
主要 问题
光谱响应范围窄， 太阳能利用率低；
光生载流子容易复合， 量子效率低
直接制约了其大规模实际应用
研究内容
基于以上问题，采用多相掺杂、复合方法，结合纳微结构制 备技术，设计构建了一系列高性能、高效率的光催化剂。 主要研究内容如下：
sample
TiO2 Pd1.5-TiO2 Zn5-TiO2 Pd1.5/Zn5TiO2 O1s lattice O2− 529.9 529.9 530.1 530.1 Ti2p Ti2p3/2 458.7 458.7 458.9 458.9 Ti2p1/2 464.4 464.4 464.6 464.6 Cl2p Cl2p3/2 198.2 198.2 199.0 198.7 Cl2p1/2 199.6 199.8 200.6 200.1 Zn2p Zn2p3/2 1022.1 1022.0 Zn2p1/2 1045.2 1045.0 Pd3d Pd3d7/2 336.8 336.8 Pd3d5/2 342.1 342.1
sample
XRD结果表明：掺杂的Pd和Zn均存在于TiO2表面
XPS分析
Pd1.5/Zn5-TiO2
TiO2
Pd1.5-TiO2
Zn5-TiO2
Zn5-TiO2
Pd1.5/Zn5-TiO2
1010 1020 1030 1040 1050 1060
B.E.(eV)
194
196
198
200
202
204
表2.1 TiO2、Pd1.5-TiO2、Zn5-TiO2 和Pd1.5/Zn5-TiO2 样品 光催化还原CO2的活性
改性二氧化钛催化剂得研究进展
改性二氧化钛光催化剂得研究进展摘要：采用掺杂非金属或非金属可增强TiO2光催化材料可见光响应能力。
金属掺杂往往牺牲其紫外光区催化能力，而采用非金属掺杂不仅能够增强其可见光响应能力，且保持紫外区光催化活性。
本文简单叙述了添加非金属和过渡金属改性二氧化钛光催化剂的原理方法及其进展。
掺杂非金属改性二氧化钛光催化剂包括了掺杂氮，掺杂碳。
掺杂过渡金属改性二氧化钛光催化剂包括掺杂铁，掺杂银，掺杂锆。
关键词：改性；二氧化钛；非金属；过渡金属；光催化剂1 引言自从发现TiO2光催化特性以来，以TiO2为代表的光催化环保材料得到广泛的研究⑴。
TiO2是目前应用最广泛的光催化剂，具有活性高、稳定性好和无毒、价廉等优点。
已成为目前最引人注目的环境净化材料，广泛应用于环境保护的各个领域。
TiO2以其无毒、氧化能力强和稳定性好而在污水处理、空气净化、杀菌消毒及制备具自洁抗菌等功能的新型材料方面有着广阔的应用前景.TiO2相对其他半导体光催化剂而言，活性相对较高，但由于TiO2半导体的能带较宽（Eg= 3.2 eV），其对太阳光的利用率较低（4%）.只有在紫外光的激发下才能表现光催化活性，因此对二氧化钛进行改性，使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性是目前众多研究者的研究热点。
2 掺杂元素改性二氧化钛的基本原理TiO2具有较宽的能带间隙，只有在紫外光下才具有光催化活性，为使其具有可见光催化活性，必须直接或间接改变其能带结构，缩小其能带间隙。
采用元素掺杂提高TiO2的可见光催化活性都是基于提高其光生电子－空穴的分离效率，抑制电子－空穴的重新结合来提高其量子效率⑵。
有些科学家认为适当的元素掺杂能够在价带和导带之间形成一个缺陷能量状态，而这种缺陷能量状态可能靠近价带，也可能靠近导带。
这种缺陷能带为光生电子提供了一个跳板，从而可以利用能量较低的可见光激发价带电子而传输到导带，使吸收边向可见光移动。
3 掺杂非金属改性二氧化钛催化剂掺杂非金属改性二氧化钛光催化性的研究很多。
二氧化钛的电催化性能研究进展
氮掺杂二氧化钛的电催化性能研究进展摘要二氧化钛作为近年来热门的光催化材料，得到大家广泛的关注与研究，而氮掺杂二氧化钛具有令人瞩目的优势也逐渐成为人们研究的热点。
本文综述了氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，并对其多种光催化剂机理进行简述，最后阐述了氮掺杂二氧化钛催化材料在环境污染等方面的应用及其研究进展，并对氮掺杂二氧化钛材料的发展前景提出展望。
关键字氮掺杂二氧化钛电催化催化活性一、前言在推进可持续化建设的当今社会，环境污染、食品医疗安全卫生问题等越来越受到公众的重视和关心。
环境污染问题一直是非常棘手的世界性难题，受到大家的关注，现在好多地方及领域仍然采取填埋、焚烧等方式进行垃圾处理，这样不仅无法解决有害有毒物质的污染问题甚至会对环境造成二次污染，如垃圾中的有毒物质渗透到土壤中导致土地、地下水源等被污染，而焚烧的垃圾也会释放大量有毒气体污染空气，因此寻找一种垃圾处理的有效方式亟待解决。
由日本东京大学教授Fujishima和Hon da⑴于1972年发现的二氧化钛的光催化特点，使得二氧化钛在改善环境污染以及垃圾处理等方面的用处初显于世并带来极其广泛的应用前景。
二氧化钛（TiO2）具有成本低廉、化学稳定性好、比表面积大、光催化效率高和不产生二次污染等优异特点，因此是一种应用广泛且极具潜力的光催化材料[1-3]，并且广泛应用于空气净化、抗菌杀菌、太阳能敏化电池以及光催化处理环境污染物等众多领域[4]。
但是，TiO2 目前在实际应用中仍存在很多困难，阻碍其应用的一个重要因素就是激发光波长问题。
由于TiO2 半导体禁带宽度较宽为 3.2 eV，其对应的波长为387 nm，属于紫外光区，而紫外光只占到达地球表面太阳光的6%-7%，在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分（能量约占45％）未得到有效利用⑹。
在1986年Sato等⑺就发现氮的引入可使TiO2具有可见光活性，但是十几年来一直没有引起人们的重视，直到2001年Asahi[8]在Science上报道了氮替代少量的晶格氧可以使TiO2 的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使Ti02具有可见光活性，才掀起了非金属元素掺杂Ti02的热潮，而其中，N掺杂型TiO2具有令人瞩目的优势，目前已经成为世界性研究热点N掺杂TiO2的主要制备方法现如今N掺杂TiO2的技术已得到极大的发展，因此制备方法也多种多样，比如用来制备N掺杂TiO2粉体的气氛下灼烧法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、机械化学法等，以及用来制备N掺杂TiO2薄膜的磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法等。
溶剂热法制备二氧化钛光催化剂研究
溶剂热法制备二氧化钛光催化剂研究摘要：目前，环境污染日益严重，光催化技术的应用引起人们的广泛关注。
具有高催化活性、高稳定性、无二次污染等优点，在众多的光催化剂中备受TiO2瞩目。
本文采用溶剂热法制备出TiO光催化剂。
采用SEM、TEM、XRD和FT-IR等手2光催化剂的物理性能进行表征与分析。
以甲基橙溶液的光降解反段对所制备TiO2应为探针反应，分别考察溶剂种类、反应温度、反应时间和焙烧温度等因素对TiO形貌和光催化性能的影响，得到其较佳的制备工艺条件。
2剂制备出光催化剂，其形貌为球形颗粒，表研究结果表明：以乙醇为溶TiO2晶型为锐钛矿相与金红石相的混晶，其平面光滑，粒径均匀，无团聚现象。
TiO2均粒径为28.8 nm。
光催化反应时间为210 min时，甲基橙溶液的降解率可达94.1%。
以异丙醇为溶剂制备出TiO光催化剂，大多数为球形颗粒，表面光滑，有轻2微团聚现象。
其晶型为单一的锐钛矿相，平均粒径为18.2 nm。
光催化反应时间为210 min时，甲基橙溶液的降解率可达91.5%。
采用乙醇和异丙醇均可制备出性能优异的TiO光催化剂，较佳的溶剂热反应2温度均为200 ℃，较佳的反应时间均为12 h。
以乙醇为溶剂时，较佳的焙烧温度为650 ℃；而以异丙醇为溶剂时，较佳的焙烧温度为400 ℃。
以乙醇为溶剂球形度更大，颗粒更加规整，分散性更好，催化性能更好。
以异丙醇制得的TiO2为溶剂制得的TiO，晶粒较小，焙烧温度更低，也更易制备。
2；光催化剂关键词：溶剂热法；TiO2光催化剂的制备方法TiO2TiO2的制备方法主要有气相法和液相法。
气相法是指直接利用气态原料或将原料转变为气体，在气态下发生物化反应，然后骤冷使之形成颗粒的方法。
气相法制备的TiO2纯度高、分散性较好，适用于催化剂材料的制备，但对反应器形态、设备材质、加热方式等有较高要求，目前很难达到工业化要求。
与气相法相比，液相法生产成本低，在常温下进行液相反应，工艺过程简单易控制，容易制备粒子，已经被广泛应用，其特点是容易控制成核，使成分组成均匀，容易制得高纯度的复合氧化物。
TiO2催化剂
纳米TiO2催化剂的制备改性、表征及在光催化氧化过程中的性能研究自从上世纪七十年代以来，二氧化钛在环境治理方面的研究被迅速开展起来。
二氧化钛最大的优点是无毒、抗腐蚀，由于具有稳定的物理和化学性质被广泛地用作催化剂和载体。
其中研究最多的是二氧化钛在光催化氧化过程中的应用。
当物质所具有的尺寸属于纳米级别（<100nm），其特殊的表面效应和体积效应决定了其具有特殊的化学性质。
由于纳米颗粒表面原子数与其总原子数之比随粒径变小而急剧增大，表面原子的晶场环境和结合能与内部原子大相径庭，从而使其具有很大的化学活性。
另外，纳米颗粒因其表面原子周围缺少相邻原子会存在许多悬空键，具有不饱和性质，这些因素将导致纳米颗粒的特殊吸附现象，反应活性和催化性质。
纳米二氧化钛催化剂由于其特殊的表面状态和表面能，具有很高的活性和吸附能力是一种性能优良的催化剂。
纳米材料的制备可分为物理方法和化学方法两大类。
物理方法包括机械研磨法、沉积法和熔融法等，其中最常见的为机械粉碎法。
物理方法通常能耗大、成本高、尺寸可控性差，可取之处在于所得材料的微晶结构较为完善、表面缺陷相对较小。
化学方法在微粒粒度、粒度分布、微粒表面控制方面有一定优越性，主要包括：化学气相沉积法、液相法、溶胶—凝胶法、固相反应法、辐射合成法。
1.纳米二氧化钛的制备纳米二氧化钛的合成方法很多中溶胶—凝胶法以其工艺简单、反应温度低、能耗小、且引入杂质的可能性小、制得的产品粒度小、纯度高、分散性好等优点，成为合成超细二氧化钛的主要方法。
溶胶—凝胶技术是指金属的有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，再经热处理而成为氧化物或其他固体化合物的方法，所需要的烧结温度比传统的固相反应法低200~500℃。
采用溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛，选择钛酸丁酯作为前驱物，令其均匀混合于无水乙醇中并发生水解与缩聚反应，形成稳定的溶胶体系，溶胶再经过陈化转变为凝胶，最后对凝胶进行热处理得到超细的二氧化钛颗粒。
活性炭纤维负载二氧化钛光催化剂的制备及性能评价
研究背景
近年来，光催化技术在环境污染治理、能源转化等领域受到广泛。二氧化钛 光催化剂因其优异的氧化还原性能和宽广的光响应范围，成为光催化领域的研究 热点。然而，二氧化钛光催化剂的制备过程中往往存在团聚、比表面积较小等问 题，影响了其光催化效果。活性炭纤维具有高比表面积、良好化学稳定性和发达 的孔结构，可以作为负载基体改善二氧化钛光催化剂的性能。
活性炭纤维负载二氧化钛光催化剂 的制备及性能评价
01 引言
03 材料和方法 05 讨论和分析
目录
02 研究背景 04 制备工艺和性能测试 06 参考内容
引言
活性炭纤维是一种优良的吸附材料，具有高比表面积、高吸附性能和良好的 化学稳定性。二氧化钛光催化剂是一种常见的光催化材料，具有优良的氧化还原 性能和宽广的光响应范围。将活性炭纤维与二氧化钛光催化剂结合，可以充分发 挥两者的优势，制备出高效的光催化复合材料。本次演示主要评价了活性炭纤维 负载二氧化钛光催化剂的制备及性能，以期为光催化领域的发展提供新的思路。
材料与方法醇、硝酸、活性炭等。
2、制备方法
（1）二氧化钛的制备：将钛酸四丁酯和乙醇按照一定比例混合，在搅拌下 逐滴加入硝酸，然后加热至一定温度，待溶液变为白色后冷却至室温，得到二氧 化钛沉淀。
（2）活性炭负载二氧化钛复合材料的制备：将活性炭浸泡在含有二氧化钛 沉淀的溶液中，一定时间后取出活性炭，干燥后在一定温度下进行热处理，得到 活性炭负载二氧化钛复合材料。
参考内容
引言
光催化技术是一种高效、环保的能源利用方式，被广泛应用于空气净化、水 处理、太阳能电池等领域。其中，二氧化钛（TiO2）因其良好的光催化性能和稳 定性而受到广泛。然而，二氧化钛的可见光响应范围窄、光催化活性低等问题限 制了其实际应用。为了提高二氧化钛的光催化性能，研究者们提出了多种改性方 法，其中包括活性炭负载二氧化钛复合材料的制备。本次演示将探讨活性炭负载 二氧化钛复合光催化剂的制备方法及其光催化性能。
二氧化钛作为光催化剂的研究
二氧化钛光催化剂的研究进展1972 年，A.Fujishima 等首次发现在光电池中受辐射的TiO2，表面能持续发生水的氧化还原反应，这一发现揭开了光催化材料研究和应用的序幕。
1976 年J.H.Carey 等报道了TiO2水浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯。
S.N.Frank 等也于1977 年用TiO2粉末光催化降解了含CN-的溶液。
由此，开始了TiO2光催化技术在环保领域的应用研究，继而引起了污水治理方面的技术革命。
近十几年来，随着社会的发展和人们对环境保护的觉醒，纳米级半导体光催化材料的研究引起了国内外物理、化学、材料和环境等领域科学家的广泛关注，成为最活跃的研究领域之一。
TiO2 是一种重要的无机材料，其具有较高的折光系数和稳定的物理化学性能。
以TiO2 做光催化剂的非均相光催化氧化有机物技术越来越受到人们的关注，被广泛地用来光解水、杀菌和制备太阳能敏化电池等。
特别是在环境保护方面，TiO2 作为光催化剂更是展现了广阔的应用前景。
但TiO2 的禁带宽度是3.2eV，需要能量大于3.2eV 的紫外光（波长小于380nm）才能使其激发产生光生电子-空穴对，因此对可见光的响应低，导致太阳能利用率低（只利用约3~5%的紫外光部分）。
同时光生电子和光生空穴的快速复合大大降低了TiO2 光催化的量子效率，直接影响到TiO2 光催化剂的催化活性。
因此，提高光催化剂的量子效率和光催化活性成为光催化研究的核心内容。
通过科学工作者对二氧化钛的物质结构、制备方法、催化性能、催化机理等方面的深入系统的研究，这种快速高效、性能稳定、无毒无害的新型光催化材料在废水处理、有害气体净化、卫生保健、建筑物材料、纺织品、涂料、军事、太阳能贮存与转换以及光化学合成等领域得到了广泛应用。
1 TiO2光催化作用机理“光催化”从字面意思看，似乎是指反应中光作为催化剂参加反应，然而事实并非如此。
光子本身是一种反应物质，在反应过程中被消耗掉了，真正扮演催化剂角色的却是TiO2。
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实验题目：二氧化钛光催化剂的制备研究
实验仪器及药品：钛酸正四丁脂（分析纯），无水乙醇（分析纯），冰醋酸（分
析纯），盐酸（分析纯），蒸馏水。
恒温磁力搅拌器，搅拌子，烧杯(100 mL)，恒压漏斗(50 mL)，量筒(10 mL, 50 mL)。
恒温箱，马啡炉。
1g/l亚甲基蓝标准溶液、蒸馏水、烧杯（100ml）、紫外光分度仪、紫外灯
实验原理：溶胶（Sol）是具有液体特征的胶体体系，分散的粒～1000nm之间。
凝
胶（Gel）是具有固体特征的胶体体系，被分散的物质形成连续的网状骨架，骨架空子是固体或者大分子，分散的粒子大小在1隙中充有液体或气体，凝胶中分散相的含量很低，一般在1％～3％之间。
简单的讲，溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。
凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。
溶剂化：M(H2O)nz+=M(H2O)n-1(OH)(z-1)+H+
水解反应：M(OR)n+xH2O=M(OH)x(OR)n-x+xROH------M(OH)n
缩聚反应: 失水缩聚：-M-O H+HO-M-=-M-O-M-+H2O
失醇缩聚：-M-OR+HO-M-=-M-O-M-+ROH
钛酸四丁脂在酸性条件下，水解产物为含钛离子溶胶
含钛离子溶液中钛离子通常与其它离子相互作用形成复杂的网状基团，最后形成稳定凝胶实验步骤：（一）、二氧化钛的制备
1、室温下量取22ml无水乙醇，加入到洗净吹干的烧杯中，放入转子后用保鲜膜密封。
室温下量取17mL钛酸丁酯，打开自理搅拌器。
将酞酸丁酯缓慢滴入到22mL无水乙醇中，边加入边搅拌。
滴加完毕后用保鲜膜密封，用磁力搅拌器强力搅拌10min，混合均匀，形成黄色澄清溶液A。
2、将0.3 mL冰醋酸，到另35mL无水乙醇中，滴入浓硝酸约3-4d，调节pH值，使pH=2-3，得到溶液B。
3、室温水浴下，在剧烈搅拌下将已移入恒压漏斗中的溶液B缓慢滴入溶液A中，滴加速度控制在大约2d/s.滴加完毕后得浅黄色溶液，继续搅拌大约半小时后，缓慢逐滴滴加去离子水，控制1d/min左右。
逐滴滴加直至出现凝胶。
4、静置凝胶2h以上，将凝胶放入恒温箱在160℃下烘干4h，得到细小颗粒物后研磨至白色粉末。
将白色粉末在500℃下煅烧2-3h得到白色TiO2粉体3.8048g。
（二）、二氧化钛产物的检测
1、通过改变二氧化钛用量，而亚甲基蓝浓度不改变。
控制变量测定二氧化钛降解亚甲基蓝的能力。
2、分别称量为10mg、20mg、30 mg、40mg、50 mg的二氧化钛待用。
3、配制9mg/l左右的亚甲基蓝溶液五份。
4、将二氧化钛粉末加入烧杯中，倒入亚甲基蓝溶液。
放置35W紫外灯下照射十分钟后取出，用紫外光分度仪检测。
数据处理：在紫外可见分光光度计上测量190～800nm波长区间不同波长下吸光度值，将结果绘制成曲线，确定亚甲基蓝最大的吸收波长为664.50nm。
用紫外可见分光光度计在最大吸收波长(665.00 nm) 下测定亚甲基蓝水标准溶液的吸光度，以浓度C为横坐标，吸光度A为纵坐标，绘制标准曲线；并对曲线线性拟合，并得出回归方程，相关系数为0. 9969。
用722E型分光光度计测其降解后的吸光度值，然后代入由标准曲线拟合所得的线性方程中，就可以求出降解后的浓度，进而算出降解率。
图3- 2 亚甲基蓝的标准曲线
根据郎伯-比尔定律C/C0=A/A0，计算亚甲基蓝的降解率，公式如下：
式中： C0—初始浓度
C—光照后的浓度
根据标准曲线吸光度与溶液浓度的关系可确定未知MB溶液的浓度。
根据标准曲线吸光度与溶液浓度的关系可确定未知MB溶液的浓度。
序号 1 2 3 4 5
催化剂用量（mg）0.01 0.02 0.03 0.04 0.05
降解率（%）42.13 55.48 63.57 79.36 85.12
实验心得：略。