介孔二氧化钛的制备及其光催化性能
介孔二氧化钛的合成及应用
1、在光催化领域，介孔二氧化钛由于其高表面积和大孔体积，可以提供丰 富的活性中心，同时其分级介孔结构有利于光在材料中的传播和吸收。因此，介 孔二氧化钛在光催化分解水制氢、光催化降解有机物等领域具有优异的表现。
2、在光电转换领域，介孔二氧化钛同样具有高表面积和大孔体积，可以增 加光吸收和载流子的分离效率。此外，其分级介孔结构还可以提高电荷的传输效 率，从而增强光电性能。
参考内容二
引言
二氧化钛（TiO2）是一种常用的光催化材料，其在光催化降解有机物、光解 水制氢等领域具有广泛的应用。然而，传统的二氧化钛粉末制备过程复杂，且光 催化性能受到比表面积和孔结构的限制。因此，制备具有高比表面积、有序介孔 结构的二氧化钛材料对于提高其光催化性能具有重要意义。本次演示将介绍一种 制备介孔二氧化钛材料的方法，并对其光催化性能进行研究。
引言
介孔二氧化钛是一种具有纳米级孔洞结构的新型功能材料，由于其具有优异 的物理化学性能和广泛的应用前景，受到了人们的广泛。介孔二氧化钛在光学、 电化学、材料科学等领域具有重要的应用价值，尤其是在光催化、能源储存与转 化、环境保护、生物医学等领域具有广泛的应用前景。本次演示将重点探讨介孔 二氧化钛的合成方法及其在各领域的应用，并展望未来的发展方向和挑战。
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不同合成方法的优缺点各不相同，选择合适的合成方法需要考虑到实验条件、 制备成本和实际应用需求等因素。
介孔二氧化钛的应用
介孔二氧化钛具有高度有序的孔洞结构和优异的物理化学性能，因此在光学、 电化学、材料科学等领域展现出广泛的应用前景。
在光学领域，介孔二氧化钛可以作为光催化材料用于降解有机污染物。其高 度有序的孔洞结构有利于光线的吸收和传播，从而提高光催化效率。此外，介孔 二氧化钛还可以应用于太阳能电池，由于其具有高比表面积和良好的透光性，可 以有效地提高电池的光电转换效率。
介孔二氧化钛的制备及光催化性能的研究
介孔二氧化钛的制备及光催化性能的研究作者：王雨婕高祎鑫杨在志来源：《教育教学论坛》2016年第28期摘要：通过水热法合成介孔纳米TiO2试样，通过XRD分析试样的物相结构，SEM进行显微组织观察，利用紫外可见分光光度计（UV-1700）进行光降解率测试。
实验结果表明，在不同温度下水热合成的单一的锐钛矿相纳米TiO2晶体，显微组织结构均匀，晶粒尺寸在11.2nm～56.8nm之间，堆积介孔有序，对甲基橙的光降解率随着温度的升高先增加后降低，在温度为210℃降解率达到最高。
关键词：TiO2；介孔；水热法；光降解中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）28-0279-02一、引言随着工业技术的快速发展，环境污染也越来越严重，人们更加关注自己赖以生存的生活环境，其中废水污染已经成为威胁我们生存的重要因素之一。
目前的工业废水处理普遍存在着成本高、周期长、效果差，难以达到排放标准的要求。
1972年日本Fujishima和Honda科学家研究发现半导体TiO2电极可以分解水，使光催化技术的研究和应用得到迅速的发展，大量的研究表明，通过光催化技术能够很好的将废水中的有机物分解为CO2和H2O。
同时，光催化技术以太阳能为能源，可以节约能源、降低治理废水的成本，是一种清洁、绿色、有效的治理工业废水的方法。
现在TiO2光催化材料还存在着半导体禁带宽度大，对太阳能的利用率低、催化活性低，分解效率有待进一步提高，等等缺点。
水热合成法具有工艺简单、无污染，制备样品晶粒尺寸分布均匀、不易团聚等优点，同时可以通过控制反应物的相对含量、合成温度及溶液PH值等条件获得特殊的结构与形貌。
本文采用合适的模版剂，控制合成温度，制备了具有介孔结构的纳米TiO2光催化材料。
二、实验步骤及方法（一）实验试剂及设备实验使用的主要试剂与设备有：钛酸丁酯（TBT，国药集团化学有限公司）、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，天津欧博凯化工有限公司）、乙醇、盐酸、甲基橙、磁力搅拌器（79-1）、超声清洗器（SB5200DT）、高速台式离心机（80-1）等。
《2024年纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能》范文
《纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能》篇一一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，纳米结构二氧化钛（TiO2）因其良好的光催化性能和光电性能，在环保、能源、生物医学等领域得到了广泛的研究和应用。
本文将重点探讨纳米结构二氧化钛的可控制备方法，以及其在光催化和光电性能方面的应用。
二、纳米结构二氧化钛的可控制备1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备纳米结构二氧化钛的方法。
该方法通过控制溶液中的反应条件，如温度、pH值、反应物浓度等，实现对二氧化钛纳米颗粒的形貌、尺寸和结构的调控。
2. 水热法水热法是在高温高压的水溶液中，通过控制反应条件制备出二氧化钛纳米材料的方法。
该方法具有操作简单、成本低、产物纯度高等优点，可制备出具有特定形貌和尺寸的二氧化钛纳米颗粒。
3. 模板法模板法是利用具有特定结构的模板，通过物理或化学方法将二氧化钛纳米颗粒填充到模板中，然后通过煅烧或溶解等方法去除模板，得到具有特定形貌和结构的二氧化钛纳米材料。
三、光催化性能研究1. 原理纳米结构二氧化钛的光催化性能主要源于其能吸收紫外光并产生光生电子和空穴。
这些光生载流子具有强氧化还原能力，可与吸附在二氧化钛表面的物质发生反应，实现光催化过程。
2. 应用纳米结构二氧化钛的光催化性能在环保领域具有广泛的应用，如降解有机污染物、杀菌消毒等。
此外，还可应用于光解水制氢、二氧化碳还原等能源领域。
四、光电性能研究1. 原理纳米结构二氧化钛的光电性能主要源于其具有较大的比表面积和优良的电子传输性能。
在光照条件下，二氧化钛能产生光生电子和空穴，这些载流子在电场的作用下发生分离和传输，从而产生光电效应。
2. 应用纳米结构二氧化钛的光电性能可应用于太阳能电池、光电传感器等领域。
其中，二氧化钛纳米材料作为光阳极材料在染料敏化太阳能电池中得到了广泛的应用。
此外，还可将二氧化钛与其他材料复合，制备出具有更高光电性能的复合材料。
Pt/介孔TiO2-SiO2的制备、表征及光催化性能研究
Pt介孔TiO2-SiO2的制备、表征及光催化性能研究张峰;张歆【摘要】以正硅酸乙酯、钛酸异丙酯为前驱体,尿素为沉淀剂,改进的均匀沉淀法制备了TiO2-SiO2介孔复合材料,用XRD、FTIR、氮气吸附-脱附、XPS等对材料进行了表征.结果表明:Ti/Si摩尔比为0.5的介孔复合材料平均孔径为3.2nm,比表面积达到609m2/g.用光还原法在材料表面沉积适量的贵金属Pt,大大提高了材料的光催化活性.【期刊名称】《无机材料学报》【年(卷),期】2006(021)005【总页数】5页(P1268-1272)【关键词】Pt/TiO2-SiO2;均匀沉淀法;介孔材料;光催化【作者】张峰;张歆【作者单位】盐城工学院材料系,盐城,224003;汕头大学理学院化学系,汕头,515063【正文语种】中文【中图分类】工业技术第 21 卷第 5 期2006年 9 月无机材料学报Journalof InorganicMaterials Vol.21, No.5Sep.,2006文章编号： 1000-324X(2006)05-1268-05 Pt/介孔Ti02-Si02的制备、表征及光催化性能研究张峰 1 ，张歆 2 (1 ．盐城工学院材料系，盐城 224003;2 ．汕头大学理学院化学系，汕头 515063)摘要：以正硅酸乙酯、钛酸异丙酯为前驱体，尿素为沉淀剂，改进的均匀沉淀法制备了 Ti02- Si02介孔复合材料，用 XRD 、 FTIR 、氮气吸附一脱附、 XPS 等对材料进行了表征，结果表明：Ti/Si摩尔比为 0.5 的介孔复合材料平均孔径为 3.2nm ，比表面积达到609m2/g ．用光还原法在材料表面沉积适量的贵金属 Pt ，大大提高了材料的光催化活性，关键词： Pt/Ti02-Si02 ；均匀沉淀法；介孔材料；光催化中图分类号： 0643文献标识码： A 1 引言自 Ti02 的光催化性能被发现【 1】以来，Ti02 光催化技术已得到了广泛的研究 [213 】．纳米 Ti02 粉末虽然具有较高的光催化活性，但有易失活、回收困难等缺点，从而限制了其使用，而对Ti02 进行负载化是解决这一问题的有效途径．由于介孔材料作为载体的特殊性能，人们正把目光更多地转向多孔性的介孑 L材料．以往的研究主要集中在用“ 后合成法”在一些介孔分子筛（如 MCM_41[4,5] 、 SBA_1516,7] 等）的骨架表面嫁接上 Ti02 ，随着 Ti 含量的增加，介孑 L孔道容易被堵塞，很难得到大负载量的光催化剂，光催化效果往往不好．适量的贵金属沉积在Ti02 表面，对于提高其光催化活性具有效率高、制备简便等优点，其作用机理是当贵金属与半导体表面接触时，载流子重新分布，电子从费米能级高的Ti02向费米能级低的贵金属流动，构成微电池，促进光生电子与空穴的分离，从而提高了光催化氧化活性．本文用改进的均匀沉淀法，用 CTAB 作为模板剂，通过控制 pH 值，调控前驱物的水解速度，一步合成了介孔 Ti02-Si02 复合材料，材料具有较高的光催化活性，在材料表面沉积贵金属 Pt ，大大提高了材料的光催化性能． 2 实验部分2.1Ti02-Si02 介孔复合材料的制备 1.2g 十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 溶解于 30mL2mol/L的盐酸溶液，加入5mol/L 的尿素溶液 lOmL ，再加入一定量的正硅酸乙酯 (TEOS) ， TEOS预水解 10min 后加入钛酸异丙酯(TTIP) ，搅拌 0.5h 后移入 850C 恒温水浴中反应 6h ，将沉淀过滤、洗涤、烘干，最后在马弗炉中 5400C焙烧4h ．改变 TEOS 和 TTIP 的初始加入量，可得到不同 Ti/Si 比的 Ti02-Si02介孔复合材料． 2.2光还原法制备 Pt/Ti02-Si02收稿日期： 2005-09-25，收到修改稿日期： 2006-01-03作者简介：张峰（ 1978- ），男，硕士，助教．E-mail:zf_ mp@126 ．com第21卷5期 2006年9月无机材料学报 Journalof InorganicMaterials Vol.21, No.5 Sep.,2006张峰1歆2 (1．盐城工学院材料系，盐城224003;2 ．汕头大学理学院化学系，汕头 515063)摘要：以正硅酸乙酯、钛酸异丙酯为前驱体，尿素为沉淀剂，改进的均匀沉淀法制备了 Ti02-关键词：Pt/Ti02-Si02 ；均匀沉淀法；介孔材料；光催化 1引言自Ti02的光催化性能被发现【 1】以来， Ti02 光催化技术已得到了广泛的研究 [213 】．纳米粉末虽然具有较高的光催化活性，但有易失活、回收困难等缺点，从而限制了其使用而对 Ti02进行负载化是解决这一问题的有效途径．由于介孔材料作为载体的特殊性“后合成法”在一些介孔分子筛（如 MCM_41[4,5] 、SBA_1516,7] 等）的骨架表面嫁接上 Ti02 ，随着 Ti 含量的增加，介孑 L孔道容易被堵塞，很难得到大负载量的光催化剂，光催化效果往往不好．适量的贵金属沉积在 Ti02 表面，对于提高其光催化活性具有效率高、制备简便等优点，向费米能级低的贵金属流动，构成微电池，促进光生电子与空穴的分离，从而提高了光催化氧化活性．本文用改进的均匀沉淀法，用 CTAB作为模板剂，通过控制 pH 值，调控前驱物的水解速度，一步合成了介孔Ti02-Si02 复合材料，材料具有较高的光催化活性，在材料表面沉积贵金属Pt ，大大提高了材料的光催化性能． 2实验部分 2.1 Ti02-Si02介孔复合材料的制备 1.2g 十六烷基三甲基溴化铵 (CTAB) 溶解于 30mL2mol/L的盐酸溶液，加入 5mol/L 的尿素溶液 lOmL ，再加入一定量的正硅酸乙酯 (TEOS) ，TEOS 预水解 10min 后加入钛酸异丙酯（1978-）男，硕士，助教． E-mail: zf_ mp@126 ．com5 期张峰，张歆：Pt/介孔 Ti02-Si02 的制备、表征及光催化性能研究 1269 0.600gTi02-Si02 复合材料搅拌悬浮于水中，加入一定量的l.Oxl0-2mol/L 氯铂酸溶液，再加入 ImL 异丙醇作为还原剂，连续通入氮气，同时用 125W 高压汞灯光照 5h ，将悬浮液过滤，用大量水洗涤至检测不到Cl- ，然后在 lOOoC 下烘干，得到负载铂的催化剂，滤液中剩余氯铂酸的浓度用 ICP( 型号： Shimadzu ICPS-1000 111) 测定，反应 5h 后，氯铂酸的浓度已降至极低．改变氯铂酸溶液的加入量，可得到不同载铂量的光催化剂． 2.3 材料的表征XRD 在 RigakuRotflexD/Max-CX 射线粉末衍射仪上测定，CuKa(A=0.15064nm) 线，管压 40kV，管流 30mA ，扫描速度 10/rriiri; FTIR 在 ThemoNicolet 公司 Avatar360FTIR 仪上测定， KBr 压片；N2吸附在Tristar3000Micromeritics上进行，比表面积、孔径分布分别用 BET 方法和BJH 模型处理；XPS 在 PE 公司 Quantum 2000ScanningEsca Microprob 能谱仪上进行，激发源是单色化 AlKa ，束斑为 100LL 、 25W ，通过能为46.95eV ，步长 0.2eV ，扫描次数为 80 次，各元素的电子结合能以表面污染碳 Cls(284.6eV) 作为内标． 2.4 光催化实验光催化实验在容积为 80mL 的石英夹套式反应器中进行，光源为 125W 高压汞灯 ( 上海亚明 GG2-125主波长365nm) ，催化剂悬浮于 60mL 浓度为 20mg/L 甲基橙溶液中，催化剂的用量以 60mgTi02 来衡算．实验时每隔 10min 取样 4mL ，离心分离，吸取上层清液，用 723 型紫外一可见分光光度计测定 460nm 处吸光度，根据吸光度的变化考察甲基橙的降解情况． 3结果和讨论3.1 介孔 Ti02-Si02 的制备原理介孔材料是通过 CTAB 作为介孔模板剂， TEOS 和 TTIP 在酸性条件下共水解，水解产物在微乳表面的共缩合反应制备的，由于 TTIP 的水解速度快于 TEOS ，用两种方法克服了它们水解速度的差异：一是 TEOS 比 TTIP 先加入，在酸性条件下进行预水解；另一个是反应的开始阶段，在强酸性条件下， TTIP 的水解被抑制．介孔结构的形成可用 S+X-I+[81(S+=CTA+， x-=Cl- ，I+=Si(OH)(4-x)+ 或 Ti(OH)(4-x)+ ）机理来说明， TEOS 的水解产物 Si(OH) (4- 。
介孔 二氧化钛 与石墨烯 复合材料的制备及其光催化性能的研究
介孔二氧化钛与石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究本科毕业论文题目介孔二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究学院名称化学与制药工程学院专业班级应用化学12-02 学生姓名导师姓名周国伟2022年 5 月 23 日齐鲁工业大学本科毕业设计〔论文〕原创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文，是本人在指导教师的指导下独立研究、撰写的成果。
论文中引用他人的文献、数据、图件、资料，均已在论文中加以说明，除此之外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文研究做出重要奉献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示了谢意。
本声明的法律结果由本人承当。
毕业论文作者签名：年月日齐鲁工业大学关于毕业设计〔论文〕使用授权的说明本毕业论文作者完全了解学校有关保存、使用毕业论文的规定，即：学校有权保存、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部或局部内容，可以采用影印、扫描等复制手段保存本论文。
指导教师签名：毕业论文作者签名：年月日年月日介孔二氧化钛/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能的研究作者姓名专业应用化学指导教师姓名周国伟专业技术职务教授目录摘要 .................................................................. .. (1)1.2.2论文研究意义 .................................................................. .............. 5 1.2.3本文研究的主要内容 .................................................................. .. 6第二章以改性的Hummers法制备氧化石墨烯 (7)2.1引言 .................................................................. ....................................... 7 2.2 实验局部 .................................................................. .............................. 7 2.2.1实验试剂 .................................................................. ...................... 7 2.2.2实验仪器 .................................................................. ...................... 8 2.2.2实验内容 .................................................................. ...................... 8 2.2.3.1 以改性的Hummers法制备GO ............................................... 8 3.1引言 .................................................................. ..................................... 10 3.2实验局部 .................................................................. ............................. 10 3.2.1 实验试剂 .................................................................. ................... 10 3.2.2实验仪.................... 11 3.2.3 实验内容 .................................................................. ................... 11 3.2.3.1水热法合成多介孔TiO2 (11)第四章介孔二氧化钛/石墨烯复合材料的制备 (12)4.1引言 .................................................................. ..................................... 12 4.2实验步骤 .................................................................. .. (12)第五章实验结果表征与分析 ...................................................................135.1样品的表征方法 .................................................................. ................. 13 5.2测试方法 .................................................................. ............................. 13 5.2.2不同浓度的石墨烯与二氧化钛混合后的形貌 .......................... 14 5.2.3 X-射线衍射〔XRD〕分析 ......................................................... 14 5.2.4 光催化分析 .................................................................. ............... 15 5.2.5同一样品不同时间的降解图线分析 (17)第六章结果与讨论 .................................................................. ................... 18 致 (22)齐鲁工业大学2022届本科生毕业论文摘要在本论文中，首先以改性的Hummers法制备了氧化石墨烯〔GO〕纳米片，然后以GO为初始原料，以硫酸氧钛作为反响时的钛源，以P123为反响的模板剂，在乙醇、乙醚、乙二醇的作用下，采用简单环保的水热法合成二氧化钛/石墨烯复合材料。
介孔二氧化钛的制备及其光催化性能
介孔二氧化钛的制备及其光催化性能何秀;程宝箴;孙冬兰;王小聪【摘要】以异丙醇钛为前躯体，十六烷基三甲基溴化铵为模板剂，采用溶胶-凝胶法合成介孔二氧化钛．通过X射线粉末衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、比表面积测定仪对样品进行表征．以亚甲基蓝溶液为光催化降解对象，研究二氧化钛用量及不同模板剂对光催化性能的影响．实验结果表明：当催化剂用量在0.50,g/L时，反应4,h后亚甲基蓝的降解率可达到99.1%；在3种模板剂中，以十六烷三甲基溴化铵为模板剂合成的介孔二氧化钛光催化效果最好．%Mesoporous titania was synthesized via a sol-gel method by using isopropyl titanate as the precursor and cetyl trimethyl ammonium bromide as the template. X-ray diffraction(XRD),scanning electronmicroscope(SEM),transmission electron microscope(TEM)and BET surface area measurement were used to characterize the product. Methyl blue was used as the object of photocatalytic degradation,and the influence of TiO2 dosage and different kinds of template on the photo-catalytic performance was studied. The result indicated that the degradation rate of methyl blue could reached 99.1%within 4,h when the amount of catalyst was 0.50,g/L. Preparation of mesoporous titania using cetyl trimethyl ammonium bromide as template gave the best photocatalytic activity among the three kinds of template.【期刊名称】《天津科技大学学报》【年(卷),期】2013(000)006【总页数】4页(P24-27)【关键词】介孔二氧化钛;模板剂;光催化;亚甲基蓝【作者】何秀;程宝箴;孙冬兰;王小聪【作者单位】天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300457;天津科技大学材料科学与化学工程学院，天津 300457;天津科技大学理学院，天津 300457;天津科技大学理学院，天津 300457【正文语种】中文【中图分类】O64按照国际纯粹和应用化学联合会的定义，多孔材料中孔径介于2～50,nm 的称为介孔材料[1].根据组分的不同，介孔材料大致可分为硅基材料和非硅基材料.1992年，Kresge 等[2]以烷基季铵盐表面活性剂为模板剂首次合成了M41 系列氧化硅基有序介孔分子筛；1995年，Antonelli 等[3]以钛酸异丙酯为前躯体以及十四烷基磷酸酯为模板剂，采用溶胶–凝胶法首次合成了六角晶系纯TiO2介孔分子筛.目前，越来越多研究人员正致力于非硅基介孔材料的研究，以展示硅基介孔材料所不能及的应用前景.有序介孔TiO2孔径小、比表面积高且具有有序的孔道结构，在光催化等诸多领域有潜在的应用价值，成为非硅基介孔材料的研究热点之一[4–6].本文以异丙醇钛为前驱体，采用溶胶–凝胶法制备了介孔TiO2，主要考察了十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂时TiO2光催化降解亚甲基蓝溶液的催化活性.1 材料与方法1.1 试剂与仪器异丙醇钛、异丙醇、乙醇、冰醋酸、盐酸、亚甲基蓝、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、CTAB、聚氧化乙烯–聚氧化丙烯–聚氧化乙烯(P123)，均为分析纯.自制光催化反应器(如图 1 所示)；Rigaku 97D/max–2500 型广角X 射线衍射仪(XRD)；JSM6380型扫描式电子显微镜(SEM)、JEM–100CX 透射电子显微镜(TEM)，JEOL 公司；SP–2102UV 型紫外可见分光光度计，上海光谱仪器有限公司；autosorb 型比表面积和孔隙度分析仪，Quantachrome 公司；KQ3200DE 型数控超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司；LG10–2.4A 型离心机，北京医用离心机厂；马弗炉，洛阳市西格玛仪器有限公司；150,W 金卤灯，飞利浦公司. 图1 光催化反应器示意图Fig.1 Photocatalytic reactor1.电源；2.冷却水进口；3.冷却水出口；4.冷却装置；5.光源；6.搅拌磁子；7.玻璃反应器；8.取样口；9.集热式恒温加热磁力搅拌器1.2 二氧化钛的制备异丙醇作为溶剂和分散剂，冰醋酸和浓盐酸分别作为螯合剂、抑制剂，这些物质都能使反应的水解速率得到控制.在常温下将20,mL 的异丙醇钛加入装有异丙醇的烧杯中，同时加入模板剂混合均匀，此时形成亮黄色澄清溶液，记为A 液.水和乙醇的混合液记为B液.B 液逐滴加入A 液中，用冰醋酸和盐酸调节反应体系的pH 为2～3，滴完继续搅拌1,h，此时形成透明状湿凝胶.湿凝胶在室温下陈化48,h 后放入烘箱中，在80,℃下烘6,h 后形成干凝胶.此干凝胶经研磨、煅烧后成介孔二氧化钛.实验中的模板剂为阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵，同时比较了阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和三嵌段共聚物P123 作为模板剂时的光催化效果.在制备过程中分别使用其中一种表面活性剂，反应物的配比为n(异丙醇钛)∶n(异丙醇)∶n(蒸馏水)∶n(CTAB)∶n(SDBS)∶n(P123)＝1 ∶23 ∶6.6∶0.02∶0.02∶0.006，将前驱体在450,℃煅烧4,h后得到最终产品.1.3 二氧化钛光催化降解亚甲基蓝首先测定亚甲基蓝标准溶液的吸光度，然后以质量浓度ρ 为横坐标、吸光度A 为纵坐标绘制标准曲线，对曲线进行拟合，得出回归方程A＝0.166,0,ρ-0.018,0，相关系数为0.999,7.光催化反应在自制的光催化反应器中进行，反应温度为室温.光降解具体过程为：将研磨后的粉末样品加入到200,mL 质量浓度为10,mg/L 的亚甲基蓝溶液中，避光搅拌1,h，使催化剂充分分散并达到吸附平衡，开启150,W 的飞利浦金卤灯作为光催化光源.在降解过程中每隔 1,h 抽取少量反应液，在转速为10,000,r/min 下离心后测其吸光度，然后根据回归方程换算成对应的质量浓度，计算亚甲基蓝的降解率.式中：ρ0为亚甲基蓝溶液的初始质量浓度(已扣除暗态吸附)；ρt为t 时刻亚甲基蓝溶液的质量浓度.1.4 分析方法采用XRD 仪测定TiO2的晶型结构；采用扫描电镜和透射电镜观察TiO2的形貌；采用比表面积和孔隙度分析仪测定TiO2的比表面积和孔径分布；采用紫外分光光度计在亚甲基蓝最大吸收波长(664,nm)下测定亚甲基蓝溶液的吸光度，计算降解率.2 结果与讨论2.1 TiO2的表征以阳离子表面活性剂CTAB 为模板剂制备的介孔二氧化钛表征如下.图2 是样品在450,℃煅烧后的XRD 谱图.由图2 可见，2,θ＝25.4°、37.9°和48.1°有明显的衍射峰，这与PDF 卡片4-477 一致，分别对应锐钛矿TiO2的(101)面、(004)面和(200)面.此外，图中并无杂峰出现，说明样品的纯度很高，为锐钛矿TiO2.图2 TiO2的XRD谱图(450 ℃煅烧)Fig.2 XRD patterns of TiO2calcined at 450,℃样品的SEM、TEM 照片如图3所示，样品的脱附曲线及孔径分布曲线如图4 所示.从SEM 图中可知样品的形状为球形，且团聚现象较明显，这是因为介孔TiO2的表面活性高，容易形成聚集体和富聚集体.从TEM 图可以看出合成的二氧化钛是多孔的，进一步的氮吸附实验结果揭示了孔的大小约为5,nm.图3 TiO2的SEM和TEM照片Fig.3 SEM image and TEM image ofTiO2calcined at 450,℃图4 TiO2脱附曲线及孔径分布曲线Fig.4 Desorption profile and pore size distribution of TiO2从孔径分布图中可以看出该样品的孔径在4～6,nm 分布较多.通过计算可知该样品的比表面积为94.422,m2/g，而德国degussa 公司产的P25 的比表面积仅为50,m2/g 左右.2.2 TiO2光催化性能的评价2.2.1 不同模板剂对TiO2光催化性能的影响实验过程中采用了CTAB、SDBS、P123 作为模板剂，不同模板剂制得的介孔TiO2对亚甲基蓝降解率的影响如图5 所示.图5 不同模板剂对TiO2光催化性能的影响Fig.5 Photocatalytic performance of TiO2in different templates在光催化实验时各种催化剂的加入量均为0.5,g/L.由图5 可知，CATB 作模板剂时光催化效果最好，P123 次之，SDBS 稍差些，当光照4,h 时亚甲基蓝的降解率分别为99.1%、90.88%和73%，而不加模板剂时的降解率仅为50%.这是因为：与介孔材料相比，非介孔材料的比表面积更低，从而使它表面吸附的水和羟基更少，而水和羟基可与催化剂表面光激发的电子–空穴发生反应生成羟基自由基，羟基自由基是降解有机物的强氧化剂，所以按照同样的制备方法，非介孔材料的催化性能会更低.而以CTAB 为模板剂形成的胶束和异丙醇钛间会通过静电力相互作用，增加了其结构导向作用，所以其光催化活性相对更高.2.2.2 TiO2用量对光催化性能的影响以阳离子表面活性剂CTAB 为模板剂制备的介孔二氧化钛作为催化剂进行后续实验.催化剂用量对TiO2光催化性能的影响如图6 所示.由图6 可知：当加入0.50,g/L TiO2粉末且不光照时，亚甲基蓝几乎不降解.TiO2的加入量分别为0.17、0.34、0.50、0.75,g/L 时，亚甲基蓝在 4,h 时的降解率分别为49.1%、95.6%、99.1%和87.4%.这说明随着催化剂用量的增加，TiO2光催化性能开始有明显的提高，随后趋于平稳；当继续增加催化剂的量时，TiO2光催化性能开始下降.这是因为增加催化剂的用量，它与亚甲基蓝的接触更多，从而增加了降解率；而催化剂用量过多会影响光的透过率，这样催化效果就要开始下降.当催化剂用量在0.50,g/L 时，亚甲基蓝的光催化效果最好.当不加催化剂只光照时，亚甲基蓝经过4,h 的光照后其降解率仅为36.6%.图6 催化剂用量对TiO2光催化性能的影响Fig.6 Different concentration ofTiO2photocatalyst powder and the photocatalytic performance of TiO22.3 光催化反应机理亚甲基蓝在避光搅拌的过程中首先吸附在TiO2的表面，开启金卤灯后，TiO2受到光的照射产生电子–空穴对，随后电子–空穴对产生氧化性基团，其光催化过程如下[7]：产生的氧化性基团对亚甲基蓝进行降解.亚甲基蓝经降解后，溶液的颜色逐渐变浅，当二氧化钛的加入量合适时，溶液的颜色趋于无色.其光催化氧化过程可以表示为3 结论以异丙醇钛为原料，采用溶胶–凝胶法制备的介孔TiO2光催化剂在金卤灯的照射下有一定的光催化活性.在实验范围内，催化剂的用量对介孔TiO2光催化活性有一定的影响，当催化剂用量在0.50,g/L 时，亚甲基蓝的光催化效果最好.同时，用不同的模板剂得到的介孔TiO2光催化效果不同，用阳离子表面活性剂CTAB 做模板剂的光催化效果要优于用阴离子表面活性剂SDBS 和三嵌段共聚物P123.参考文献：［1］Ciesla U，Schüth F.Ordered mesoporous materials[J].Microporou s and Mesoporous Materials，1999，27(2/3)：131-149.［2］Kresge C T，Leonowicz M E，Roth W J，et al.Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquidcrystal templatemechanism[J].Nature，1992，359：710-712.［3］Antonelli D M，Ying J Y.Synthesis of hexagonally packed mesoporous TiO2by a modified sol-gel method[J].Angewandte Chemie International Edition in English，1995，34(18)：2014-2017.［4］Tseng W J，Chao P S.Synthesis and photocatalysis of TiO2hollow spheres by a facile template-implantation route[J].Ceramics International，2013，39(4)：3779-3787.［5］Liu S Z，Sun H Q，Liu S M，et al.Graphene facilitated visible light photodegradation of methylene blue over titanium dioxide photocatalysts[J].Chemical Engineering Journal，2013，214：298-303. ［6］田从学，张昭，张明俊，等.工业钛液制备介孔TiO2及其光催化性能研究[J].四川大学学报：工程科学版，2009，41(2)：103-107.［7］Hoffmann M R，Martin S T，Choi W，et al.Environmentalapplications of semiconductor photocatalysis[J].Chemical Reviews，1995，95(1)：69-96.。
介孔二氧化钛的水热制备与光催化活性的开题报告
分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛的水热制备与光催
化活性的开题报告
1.研究背景及意义
随着工业化和城市化的加快，环境污染已成为全球关注的问题。
作为一种有潜力的环境净化技术，光催化已受到广泛关注。
而二氧化钛( TiO2 )是一种具有良好光催化性能的半导体光催化材料，其在水处理、空气净化、环境修复等领域均有应用。
其中，制备具有不同孔径大小、可控结构的二氧化钛材料，对其光催化性能的提升具有重要意义。
2.研究内容
本研究旨在通过水热方法制备分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛，并研究其光催化活性，研究内容包括：
(1) 以四丁基钛（TBOT）为钛源，聚乙烯醇(PVA)与季铵盐十六烷基三甲基溴化铵(C16TAB)为模板剂，采用不同温度、不同时间的水热反应制备分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛。
(2) 利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、比表面积测试仪（BET）等分析手段，对制备的二氧化钛样品进行表征。
(3) 利用紫外可见光谱（UV-Vis）、荧光光谱等技术，研究分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛的光催化性能及机理。
3.预期成果
(1) 成功制备出分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛，对制备条件进行了优化。
(2) 对制备的二氧化钛样品进行了全面表征，明确其物理化学性质。
(3) 研究了分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛的光催化性能及机理，探索了其光催化降解污染物的潜力。
(4) 提高了对分等级海绵状大孔/介孔二氧化钛光催化特性的认识，为二氧化钛材料在环境污染治理方面的应用提供了重要参考。
二氧化钛光催化材料的制备和性能研究
二氧化钛光催化材料的制备和性能研究二氧化钛是一种广泛应用于能源、环境和化学工业等领域的重要材料。
特别是在光催化领域，二氧化钛具有良好的催化性能和光学性质，可以将太阳能等光能有效转化为电子和空穴，具有很大的应用前景。
为了更好地利用二氧化钛光催化材料，许多学者对其制备和性能进行了广泛的研究。
1. 二氧化钛光催化材料制备方法（1）溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备二氧化钛光催化材料的常用方法之一。
该方法通过溶胶-凝胶成形的过程，可以控制材料的微观形貌、孔径大小和结晶度等性质。
例如，将四丙烯醇钛与丙三醇混合后加入葡萄糖作为模板剂，并在甲醇中进行水解，最终得到了具有高比表面积和孔隙结构的二氧化钛材料。
（2）水热法水热法是一种简单又经济的制备光催化材料的方法。
在水热反应中，通过调节反应条件，如反应温度和时间等，可以控制二氧化钛材料的形貌和结构等性质。
例如，将四氯化钛和聚乙二醇加入水中，经过水热反应得到了具有可见光响应的二氧化钛纳米棒。
（3）气相沉积法气相沉积法可以在较高温度下利用气相化学反应的方法制备二氧化钛薄膜。
该方法制备的二氧化钛薄膜具有较高的光催化活性和稳定性。
例如，利用金属有机物在硫酸铈的表面上进行气相沉积，制备了长时臭氧水净化器的二氧化钛复合薄膜。
2. 二氧化钛光催化材料性能研究（1）光吸收性能由于二氧化钛具有窄带隙结构，其能带结构决定了其在紫外光区域的高吸收率。
因此，利用二氧化钛光催化材料进行光催化反应需要在紫外光区域进行。
近年来，许多学者对二氧化钛材料的可见光吸收性能进行了研究，该研究主要集中在探究材料的晶体结构、掺杂元素和缺陷等方面。
（2）光催化活性二氧化钛是一种有效的光催化材料，利用其催化剂的光催化活性可以促进许多有机污染物的分解。
由于二氧化钛催化剂的表面特性和晶体结构在很大程度上影响其光催化活性，研究人员一直在努力通过合成和结构控制来提高二氧化钛催化剂的光催化活性。
近年来，研究人员通过控制材料的原位缺陷或掺杂，成功地提高了光催化剂的光催化活性。
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末衍 射 、 扫描 电子显微镜 、 透射 电子显微镜 、 比表 面积 测定仪 对样 品进 行表征． 以亚 甲基蓝溶液 为光催化 降解对象 ， 研 究二氧化钛 用量及 不同模板剂对光催 化性 能的影响． 实验结果表明 ： 当催化 剂用量在 Ｏ ． ５ ０ ｇ ／ Ｌ时， 反应 ４ｈ后亚 甲基蓝
的降解率可达到 ９ ９ ． １ ％； 在 ３种 模 板 剂 中 ， 以十 六 烷 三 甲基 溴化 铵 为模 板 剂 合 成 的 介 孔 二 氧 化钛 光催 化 效 果 最 好
关键 词 ：介孔二氧化钛 ；模板剂 ；光催化 ；亚 甲基蓝
中 图 分 类 号 ：０ ６ ４ 文 献 标 志码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ６ ７ ２ — ６ ５ １ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ ． ０ ０ ２ ４ — ０ ４
Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ４ ５ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ＆Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ４ ５ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０ １ ３ 年 １ ２月
介 孔 二氧 化钛 的 制备 及 其光催 化 性 １ ．天津科技 大学材料科学与化学工程学院 ，天津 ３ ０ ０ ４ ５ ７ ；２ ．天津科技 大学理学 院，天津 ３ ０ ０ ４ ５ ７ ）
摘
要 ：以异 丙 醇钛 为 前 躯 体 ， 十 六烷 基 三 甲基 溴化 铵 为 模 板 剂 ， 采 用 溶胶 一 凝 胶 法 合 成介 孔 二 氧 化 钛 ． 通 过 ｘ 射 线 粉
ｔ ｒ ｉ ｍｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ａ ｍｍｏ ｎ ｉ ｕ ｍ ｂ ｒ ｏ ｍｉ ｄ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｍｐ ｌ ａ ｔ ｅ ． Ｘ— ｒ ａ ｙ ｄ ｉ ｆ ｆ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ（ ＸＲＤ） ， ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ （ Ｓ Ｅ Ｍ）， ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｅ（ Ｔ Ｅ Ｍ） ａ ｎ ｄ ＢＥＴ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ａ ｒ ｅ ａ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗｅ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｚ ｅ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ． Ｍｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｂ ｌ ｕ ｅ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ
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第 ２ ８卷
第 ６期
天 津科 技 大 学 学报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｌ ０ １ ． ２８ Ｎ Ｏ． ６ Ｄｅ ｃ ． ２０１ ３