多孔微球二氧化钛

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1、多孔球形二氧化钛的制备及光催化性能第10组：徐锐陈嘉栋何自娟邵桢威引言随着全球环境的日益恶化，人们对半导体光催化应用方面的研究正与日俱增。目前广泛研究的半导体光催化剂大多数都属于宽禁带的n型半导体化合物。二氧化钛光催化材料由于具有光催化活性高(吸收紫外光性能强;禁带和导带之间的能隙大，光生电子和空穴的还原和氧化性强)、化学性质稳定(耐酸碱和光化学腐蚀)、对生物无毒、在可见光区吸收、可制成白色块体或透明薄膜、来源丰富等优点，因此成为当前应用最广泛并且极具潜力的一种光催化剂。2021/7/18光催化是纳米TiO2的突出性能之一。同块体材料相比，纳米半导体材料的光催化活性高，原

2、因在于纳米半导体粒子具有的量子尺寸效应（量子尺寸效应--是指当粒子尺寸下降到某一数值时，费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级或者能隙变宽的现象。当能级的变化程度大于热能、光能、电磁能的变化时，导致了纳米微粒磁、光、声、热、电及超导特性与常规材料有显著的不同。）使其导带和价带能级分立，能隙变宽，导带电位更负，而价带电位更正，这意味着纳米半导体，粒子具有更强的氧化和还原能力。纳米半导体粒子的粒径小，光生载流子更容易通过扩散从粒子内迁移到表面，促进氧化和还原反应，所以合成尺寸、形貌可控的纳米结构二氧化钛也成为改善其光催化性能的重要举措。2021/7/18晶体结构TiO2晶

3、体的基本结构单元都是钛氧八面体(Ti-O6)，其结构如右图所示。氧化钛晶胞的结构取决于钛氧八面体(Ti-O6)是如何连接的，Ti-O6八面体不同的连接形式构成了金红石、锐钛矿和板钛矿三种同质变体。锐钛型结构是由TiO6八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO6八面体共顶点且共边组成。一般而言，用作光催化的TiO2主要有两种晶型—锐钛矿型和金红石型，其中锐钛矿型的光催化活性较高。2021/7/18多孔材料根据其孔径大小可以分为三类:小于2nm的为微孔材料2-50nm的为介孔材料，大于50nm的为大孔材料.多孔TiO2有序多孔TiO2是一种重要的光催化剂，在紫外光或太

4、阳光照射下，表面能产生光生电子和正电空穴。正电空穴能与催化剂表面的轻基作用产生氢氧自由基。该自由基具有强氧化性，可将几乎所有的有机物氧化分解为无机物。2021/7/18此处添加公司信息应用对室内空气中污染物的降解抗菌材料构筑防雾、自清洁材料在防晒化妆品中的应用光催化分解有机污染物2021/7/181模板法2Lb一L自组装法3溶胶一凝胶法4喷雾反应法5其它制备方法制备方法2021/7/18实验最近有许多方法可以制备多空或者空心的TiO2微球。然而这些方法都需要相当的复杂工序和昂贵的花费。在此文中，我们提出一个简单可重复的方法合成多孔TiO2微球，名称叫做溶胶—凝胶加入电解质

5、法。样品表现出高度的光催化性能并且可以容易的从溶液中移出来。2021/7/18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。实验步骤如下：首先将一定量的电解质水溶液（NaCl）混入80毫升无水乙醇；将电解质乙醇溶液放在磁力搅拌器上将2毫升Ti（O-Bu）4溶液缓慢加入其中；在40℃条件下大力搅拌1.5小时，然后转移到50℃的恒温水浴

6、中保持2小时；微离心收集，在60℃条件下用乙醇干燥2小时；最后在500℃（以4℃/min的升温速率）焙烧并干燥，消除有机残留制得TiO2多孔微球样品。2021/7/182021/7/18光催化性能测定通过光降解亚甲基蓝燃料溶液，对TiO2的光催化性能做评价。含有微球（0.01克）的亚甲基蓝溶液（6mg/ml，20ml）在紫外灯照射（主发射波长λ=365nm，6W）下磁力搅拌，灯和溶液之间的距离保持在14cm不变。使用分光光度计对降解过程中亚甲基蓝浓度随时间的变化进行监测。以一般的TiO2粉末作为参考，比较TiO2微球的光催化活性。用透射电子显微镜（TEM；日立H-600）

7、和X-射线粉末衍射（XRD；RigakuD/Max-RBIIIC）对TiO2微球的形态和晶体结构进行研究。结晶性能还可以采用热重差热分析来监测（TG-DTA;岛津DTG-60H）。比表面积（SSA），微球的孔容积和平均孔径是由表面积和孔径分析仪（NOVA4000e）决定的。结果与讨论TiO2微球的形态和大小XRD-X射线衍射分析差重-差热分析N2吸附数据光催化性能2021/7/18TiO2微球的形态和大小图1显示了没有焙烧的TiO2粒子（a）和500℃焙烧2小时（b）的TEM照片，并没有观察到粒子焙烧前后有明显的差异。颗粒是平