多孔二氧化钛材料的合成

SynthesisofPorousTiO2materialsHost: 金锡雄Team: 陈瑞

陈世雄

陈云翔 胡译丹

霍翰宇

林琳 林正杰

刘崇武

邵楚伦 唐楷为

王恩典IntroductionPorousSpherePorousFiberHierarchicalstructurePorousFilmWhat’sTiO2WhyPorousTiO2EISAAnodicoxidationHydrothermalSolvothermalElectrospinningUnidirectionalfreezingBiotemplateSpray-dryingSolvothermalPigmentPhotocatalysisSolarcellEnergystorageSelf-cleaningAnti-fogging多孔性PorosityTiO2多孔性Porosity增加活性位点Activesites提升光吸收Lightabsorption加快传质速率Masstransfer减少载流子复合Chargetransfere-e-e-e-e-h+h+h+h+h+e-e-e-e-e-h+h+h+h+h+PorousTiO2SphereFilmFiberPorousTiO2HierarchicalPorousTiO2Part1PorousfiberHydrothermalTiO2PorousFiberTiO2前驱物溶于NaOH溶液中破坏Ti-O-Ti键90℃时形成层状TiO2薄片在碱溶液中持续生长继续升温，薄片逐层脱落并分散于溶液中各薄片逐渐卷曲最终形成TNTTiOTiTiOTiTiOTiTiOTiTiOTiTiOTi“Snail”“Onion”CatalysisToday225(2014)34–51SolvothermalTiO2PorousFiberTiOSO4·2H2O溶于1:2:1甘油,乙醇,乙醚混合溶剂中高温高压下结晶水分离TiOSO4水解形成TiO(OH)2TiO(OH)2与甘油反应在表面包覆nanosheet内部随反应进行逐渐溶解600℃烧结得锐钛矿晶型TiOSO4·2H2OOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHOHTiO(OH)2TitaniumglycerolatenanosheetMesoporousTiO2hierarchicaltubularsuperstructure(MTNHT)Chem.Eng.J.2013,232,356.UnidirectionalFreezingTiO2PorousFiber以钛酸异丙酯为前驱体在渗析管内制备TiO2水凝胶样品连同渗析管移入冷冻管内243K定向冷冻直至纤维定型解冻后使用叔丁醇清洗纤维263K冷冻干燥3天后既得PorouscryogelfibersChem.Mater.,Vol.16,No.24,20044989Part2PorousSphereSpray-dryingTiO2PorousSphereTiO2PolystyreneTiO2与PSL配成水凝胶200℃去除凝胶水分450℃去除PSL模板PorousSphereAdv.Mater.2007,19,1408SolvothermalTiO2PorousSphereTi3++H2O→TiOH2++H+TiOH2++O2→Ti4++O2-→TiO2Ti3+TiOH2+Ti3+TiOH2+150℃0h290℃0h390℃10h490℃12hMater.Chem.2012,22,15981Part3PorousFilmJ.Am.Chem.Soc.2014,136,9280−9283使用蒸发诱导自组装（EISA）制备前驱体凝胶200°C煅烧4小时制得具有稳定网络的片状结构空气中700°C焙烧2小时除去有机模板H2保护下500℃焙烧3小时既得OMBTEISATiO2PorousFilmTitaniumoligomersP123AppliedCatalysisB:Environmental144(2014):674-685.AnodicOxidationTiO2PorousFilm纯Ti箔清洗并干燥阳极通直流电氧化产物清洗干燥450℃煅烧AnodicOxidationTiO2PorousFilmMacak,J.M.,etal.CurrentOpinioninSolidStateandMaterialsScience11.1(2007):3-18.Ti+2H2O→TiO2+4H++4e-OxidationTiO2+F-→[TiF6]2-Ti4++F-→[TiF6]2-DissolutionVsTiTiO2TiTiO2TiTiO2F-F-F-F-F-TiTiO2F-F-F-F-F-TiTiO2Part4HierarchicalstructureButterflyWingsHierarchicalStructureHuihuiLiu.2011.Bio-inspiredhierarchicalTiO2:SynthesisandPhotocatalyticProperties.M.S.dissertation,Shanghaijiaotonguniversity.新华网2015年6月7日讯碱洗浸泡干燥高温烧结ButterflyWingsHierarchicalStructureYeastCells

HierarchicalStructureElctrochimicaActa.2015,182,596-603YeastCellHydrophilicgroupsTi4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+Ti4+AnataseTiO2

SynthesisofPorousTiO2materialsSolvothermalFiberElectrospiningFiberUnidirectionalfreezing喷雾干燥、模板法制备TiO2多孔球 PSL质量比和粒径大小对板钛矿TiO2球孔径的影响(a)不加PSL (b)TiO2:PSL=1:1D(PSL)=300nm(c)TiO2:PSL=1:2D(PSL)=300nm (d)TiO2:PSL=1:3D(PSL)=300nm(e)TiO2:PSL=1:2D(PSL)=200nm (f)TiO2:PSL=1:2D(PSL)=300nm喷雾干燥、模板法制备TiO2多孔球PSL的浓度对板钛矿TiO2球径的影响水热法制备金红石相TiO2多孔球水热法：200ml去离子水沉淀20%TiCl310ml99.5%NaCl1mol28-30%NH4OH1ml,调节ph至0.5溶液紫色ph为0.2去离子水、蒸馏水交替清洗真空100℃干燥12h金红石相TiO2多孔球烧杯密封，90℃，保温12h，冷却。沉淀28-30%NH4OH1ml调节ph至0.5J.Am.Chem.Soc.2014,136,9280−9283其中a,b分别为OMBT材料（100）与（110）平面的透射电镜相，而c,d为OMBT高分辨电镜的空洞微结构图。电解质A：H2O+1MH2SO4+0.15wt%HFB：甘油+0.5wt%NH4FC：乙二醇+0.05MHFAnodicOxidationTiO2PorousSheet制备工艺：表面溶胶凝胶法壳聚糖OHOHOHOH钛醇盐共价键结合壳聚糖OOOOTiORORTiOROR醇盐水解壳聚糖OOOOTiOHOTiOOHHH与钛醇盐继续缩合形成凝胶壳聚糖OOOOTiOTiOTiOOTiTiRRRRRR高温煅烧壳聚糖OOOOTiOTiOTiOOTiTiOOOOOO机理说明玉斑凤蝶模板二氧化钛的吸附-脱附曲线与孔径分布曲线绿带翠凤蝶模板二氧化钛的吸附-脱附曲线与孔径分布曲线异型紫斑蝶模板二氧化钛的吸附-脱附曲线与孔径分布曲线TKunitakeetal.AnalyticaChimicaActa.2004,504,1-6碱液洗涤钛液浸渍风干入炉煅烧乙醇润洗所制样品制备工艺：表面溶胶凝胶法乙醇润洗去除蝶翼表面疏水性能（主要成分甲壳素）碱液洗涤去除蛋白及甲壳素脱乙酰化为壳聚糖，使表面有更多的氨基和羟基暴露钛液浸渍钛醇盐与骨架表面的羟基形成共价键并进行水解作用高温煅烧去除蝶翼模板并形成脊-孔（微孔-介孔）分级结构HuihuiLiu.2011.Bio-inspiredhierarchicalTiO2:SynthesisandPhotocatalyticProperties.M.S.dissertation,Shanghaijiaotonguniversity.能源与环境领域应用蝶翼浸泡在硫酸钛溶液中将浸泡处理的蝶翼放置在拥有FTO涂层

的玻璃上煅烧后玻璃表面出现锐钛矿型二氧化钛

薄膜光催化降解环境污染物用于太阳能电池光电阳极的材料优点：无须复杂的光刻蚀技术准蜂巢结构二氧化钛作为光电阳极具有优良的光吸收效率和较大的表面积结晶紫属含多环芳烃类碱性染料，属于难降解有机物。残余染料能够积累而对受纳水体产生较大的有机性污染，破坏水体的生态系统。从上图中可以看到，在光催化降解结晶紫溶液的测试中，玉斑凤蝶模板的生物分级构造二氧化钛的降解速率最高，是无模板二氧化钛的4.3倍，其次是异型紫斑蝶模板，再次为绿带翠凤蝶模板，为无模板二氧化钛的1.9倍。四种样品光催化降解结晶紫溶液的降解速率比较HuihuiLiu.2011.Bio-inspiredhierarchicalTiO2:SynthesisandPhotocatalyticProperties.M.S.dissertation