2022年模板法制备TiO光催化剂研究报告进展.docx

精品学习资源模板法制备 TiO2 光催化剂的讨论进展1 引言近年来为提高 TiO 2的光催化性能和重复利用才能，国内外讨论者始终致力于立体结构TiO 2的制备和性能讨论 1；这些特定形貌的 TiO 2与一般粉末 TiO 2相比，具有结构特殊、性能优异、使用范畴广等诸多特点而倍受青睐；2 模板法特点模板法是将具有肯定立体结构、外形简洁掌握的材料作为模板，通过物理、化学或生物的方法以选定的模板约束材料结构的合成过程；通过掌握材料的尺寸、形貌、结构、取向和位置等要素，从而得到具有预期结构和性能的材料；模板合成与直接合成相比具有诸多优点，主要表现在：1> 以模板为载体精确掌握材料的尺寸和外形、结构和性质2> 实现材料合成与组装一体化，同时可以解决材料的分散稳固性问题3> 合成过程相对简洁，很多方法适合批量生产3特别形貌 TiO2的制备方法近年来为提高 TiO 2的光催化性能和重复利用才能，国内外讨论者始终致力于特别形貌纳 MTiO 2的制备和性能讨论；特别形貌纳 MTiO 2的制备大多采纳模板法，应用模板法制备出具有特别形貌纳 MTiO 2并对其光催化性能进行讨论已成为现在讨论的热门话题；对于模板法目前的熟悉存在两个层次，即“狭义模板法 ”和“广义模板法 ”；“狭义模板法”是将具有特定空间结构和基团的物质引入到基材中，随后将模板除去来制备具有“模板识别部位 ”的基材的一种手段；对于 “广义模板法 ”，有文献 2 将其定义为：通过 “模板”与基质物种的相互作用而构筑具有 “模板信息 ”基材的制备手段；在现代材料合成领域，模板法以模板掌握合成与组装具有特别立体结构的功能材料是材料科学讨论的一个新的方向，因其对终端产物结构外形及总体性质的可控性而备受关注；模板法主要可分为有机模板法和生物模板法；3.1 有机模板法有机模板法 organic template approach>制备得到的介孔材料以其：孔道大小匀称，有序排列而且孔径在肯定范畴内连续可调，庞大的比表面积等独有的特点，以及在催 化、吸附、分别及光、电、磁等诸多领域潜在的应用价值，而快速引起国际材料科学欢迎下载精品学习资源3，其原理可用图 1表示；领域的广大关注图1 有机模板法原理图目前用于有机模板法制备 TiO2介孔材料的有机物主要分为三类：3.1.1 表面活性剂表面活性剂作模板是利用表面活性剂在适当的条件下自动形成超分子阵列 液晶结构，来制备多孔材料；到目前为止 ,介孔材料的合成主要是以表面活性剂为模板；在合成过程中，表面活性剂的浓度、分子大小及其形成胶束的大小都会影响材料的孔结构；尽管以表面活性剂为模板合成介孔材料的机理观点很多，但都离不开模板分子的超分子自组装和无机物与模板剂分子之间的相互作用静电作用 4、氢键作用 5 等> 这两个重要因素； Sanchez6 等采纳异丙醇钛为钛源，表面活性剂 CTAB 作为结构导向剂，在有水存在的情形下合成出介孔 TiO 2；3.1.2 嵌段共聚物利用含有亲水基和疏水基的嵌段共聚物作模板多用于制备介孔材料；由于这种两亲嵌段共聚物能够通过调整组成、分子质量或结构来转变性质，因而有利于掌握孔的大小和分布，而且可以提高介孔材料的水热稳固性；因此 ,这种方法合成的多孔材料具有孔径大小均一，结构高度有序等优点；如贾兴涛 7 以聚氧乙烯聚氧丙烯三嵌段聚醚PEO-PPO-PEO>为结构导向剂，采纳湿化学法制备出具有多种形貌的介孔 TiO2粉体， 深化讨论了制备条件对介孔结构的影响，得到了正确合成工艺，探讨了此类表面活性剂导向下的合成规律及形貌形成机理，并且考察了介孔 TiO2的的光催化、吸附和介电性能以及阳离子掺杂对性能的影响；3.1.3 有机小分子有机小分子模板具有廉价易得、易于除去、对多孔材料孔径可控和制得的多孔材料孔径均一等优点，成为制备多孔材料的新方法；郑金玉等8 以非表面活性剂有机小分子，如 2,2-羟甲基丙酸、甘油和季戊四醇为模板，采纳溶胶-凝胶法制备出了高比表面积、孔径均一、窄孔径分布的纯过渡金属氧化物-TiO 2介孔材料，并发觉模板含量对孔欢迎下载精品学习资源径的影响不大；3.2 生物模板法生物模板法是指以具有特定结构的生物组织或大分子为模板，利用生物自组装及其空间限域效应，通过物理、化学等方法根据设计要求形成具有新结构的仿生材料；生物模板具有外形多样化线状、管状、球形、网状等，模板形貌重复性高， 以及廉价、丰富、易得、可再生、环境友好等特点；生物模板法已成为材料领域的一个布满活力的讨论方向，进展快速，已取得了一系列激励人心的讨论成果；目前常用的生物模板主要分为四类：3.2.1 生物组织模板目前用于生物组织模板的有固体生物组织模板，如最早2000年Fiona9 等采纳海胆的碳酸钙骨盘为模板制备了孔径为 15m的多孔结构金，固体生物组织模板方法合成机理简洁，就是把生物组织的微结构用目标物质进行复制，然后采纳煅烧、萃取等方法除去固图2 大孔网状 TiO 2SEM图图3 大孔氧化硅 SEM 图体生物组织；生物膜模板，齐利明 10等首次用鸡蛋膜为模板通过溶胶 -凝胶掩盖法合成了纳M 管组成的高度有序大孔网状结构的锐钛矿晶型的 TiO 2，如图 2所示；该试验的机理是蛋膜上含有胺、氯化物和表面羟基功能基团把钛的前躯体吸附到膜纤维表面，形成一层掩盖物，热处理除去模板、晶化得复制了蛋膜的外形的 TiO 2；液体生物组织模板，如赵东元 11等利用廉价的生物蛋清蛋白为模板，TEOS为硅源，在室温条件下通过溶胶-凝胶法，蛋清蛋白溶液发生蛋白凝结作用产生了相分别，从而在其四周形成了三维海绵状无机网络，焙烧除去模板剂后，即可得到海绵状大孔结构的无机氧化物材 料，如图 3所示；该方法操作简洁，成本低，合成了孔道结构丰富、孔径均一、高度有序的大孔无机材料；3.2.2 生物分子模板欢迎下载精品学习资源利用生物分子作为模板合成无机纳 M粒子，可以精确地掌握生成粒子的结构、大小、外形等；目前，已经对很多生物分子作为无机纳M粒子合成模板剂的可行性进行 了探究；主要用于讨论的生物分子模板主要有蛋白质模板、DNA 模板和多糖模板模板；Shenton12等用烟草斑纹病毒的蛋白外壳作模板诱导合成无机、有机纳M管；1995年Coffer13 等第一提出应用 DNA 模板进行 CdS纳M 粒子自组装，并以小牛胸腺 DNA 为模板合成出了平均直径为 5.6 nm的CdS纳M 粒子；Shchipunov14等在溶胶 -凝胶中，运用多糖模板诱导生成了壳状硅酸盐；3.2.3 微生物模板微生物包括病毒、细菌以及真菌，这些物质具有特殊而好玩的结构组成，能够迅 速、廉价地再生，这些特性使得他们成为材料合成中有吸引力的一种模板；2003年Mirkin 15 等报道了活生物模板法分层组装金纳 M粒子，他们采纳活的真菌菌丝作模板， 将低核苷酸功能化的金纳 M粒子组装成有序的微结构；3.2.4 活体生物模板；生物矿化作用是在肯定条件下，在生物体的不同部位，以各种作用方式，在有机物质的影响下，经受形核、生长和相变等过程，将溶液中的无机物转变为结构高度有序的生物矿物体的过程；模板包括我们生活中常见的花粉颗粒16 、葱17 、豆芽18、蜘蛛丝19 、树木20、棉花21 等等；李平 22 等就以油菜花粉为模板，利用其表面具有的亲油性有助于有机钛源在花粉表面形成液膜的特点，采纳先超声处理，后水热法制备了前驱体，最终通过高温焙烧脱除模板得到了锐钛矿型中空微球；赵静贤21 等采纳模板法与溶胶 - 凝胶法结合，以脱脂棉为模板制备出了 TiO 2中空微管光催化材料并对形成机理进行了具体的介绍，如图 4所示；C欢迎下载精品学习资源图4A,B 为TiO 2微管的SEM图， C为原理图4 模板法讨论的方向模板法进展前景宽阔但目前所完成的工作无论在系统性仍是在讨论深度方面都非常不足，特别是模板掌握合成的相关理论仍没有建立起来，而且我国在这一领域的研究成果仍不多；将来对于具有特定外形与结构的纳M 材料的掌握合成与组装；反应中涉及到的界面作用、分子结构中的能量输运等理论问题；可批量进行的新模板的探究等都是应当讨论和关注的方向；参考文献1 徐志兵 ,魏先文 .TiO 2空心微球的制备及其表征 J.电子显微学报 .2006,253>:226 230.2 刘超,成国祥 .模板法制备介孔材料的讨论进展J. 离子交换与吸附 .2003,194>:374 384.3 胡曰博 .有序介孔 TiO 2 材料的合成、表征及应用 D. 成都:四川高校 ,2005.4 Kresge C T , Leonowlcz M E, Roth W J et al.Ordered mesoporous molecular sievessynthesized by a liquid-crystal template mechanismJ.Nature.1992,359:710 712.5 Bagshaw S A, Prouzet E, Pinnavaia T J.Templating of Mesoporous Molecular Sieves byNonionic Polyethylene Oxide SurfactantsJ.Science.1995,269:1242 1244.6 Soler-IlliaGJ de AA,LouisA,Sanchez C.Synthesis and characterization of mesostructured titania-based materials through evaporation-induced self-assembly.Chem Mater.2002,14:750 759.7 贾兴涛 .嵌段共聚物导向下介孔 TiO 2的合成与表征 D. 济南:山东轻工业学院 ,2006.8 郑金玉 ,丘坤元 ,危岩.有机小分子模板法合成二氧化钛中孔材料J. 高等学校化学学欢迎下载精品学习资源报.2000,214>:747 749.9 Fiona.C.Meldrum,Ram Soshadri.Porousgold structures through templating by echinoid skeletal platesJ.Chem.Commun.2000:29 30.10 Dong Yang,LiminQi,JimingMa,Eggshell.Membrane Templating of HierarchicallyOrdered Macroporous Networks Composed of TiO 2 TubesJ.Adv.Mater.2002,1421>: 15431546.11 赵东元 ,范杰,余承忠等 .生物蛋清蛋白模板合成海绵状大孔无机氧化物J. 高等学校化学学报 .2001,229>:14591461.12 Shenton W., Pum D., Sleytr U. B. et al.Synthesis cadmium sulphide superlattices usingself-assembled bacterial S-layersJ.Nature.1997,389:585 587.13 Cofer J L,Russell F P,LiX,YongG R,Chen YD,RobertM P,Irma LP.Electron Microscopy of Mesoscale Arrays of Quantumx confined CdS Nanoparticles Formed on DNATemplaresM.InMaterials ResearchSocietySymposiumAdvancesin Microcrystal-line and Nanocrystalline Semiconductor,1997:591596.14 Yu.A.Shchipunov,A.Kima,T.Imae.Polysaccharides as a Template for Silicate Generated by Sol-gel Procefls8J.J.Coil.Interf.Sei.2005,285:574580.15 Zhi Li,Sung Wook Chung,Jwa Min Nam et a1.Living Templates for the HierarchicalAssembly of Gold NanoparticleJ.Angew.Chem.Int.Ed.2003,42:2306 2309.16 周凯常,徐丽娜,张海黔等 .新型轻质镍基壳层微球材料的制备 J. 材料爱护 .2002,35, 2730.17 贾润萍,杨俊和,吴庆生等.活体生物膜模板法诱导掌握合成硫化汞纳M 网状结构 J.兰州高校学报自然科学版 .2007,432>:58 60.18 李丽,吴庆生 ,丁亚公平 .活体生物膜双模板同步诱导合成硫化镉半导体纳M 管和纳M 球J. 科学通报 .2006,512>:129132.19 李小丽 ,谢广文 .化学镀蜘蛛丝模板法制备金属微管J.青岛科技高校学报 自然科学版>.2007,283>:227230.20 孙瑞琴,周徐,孙林兵等.以松木为模板研制高比表面积MgO 固体强碱 J. 高等学校化学学报.2007,2812>:2333 2337.21 赵静贤,李巧玲,张存瑞等 .双锥状纳 M晶TiO2 微管的制备及其光催化性能 J.无机化欢迎下载精品学习资源学学报； 2021， 255>:875879.22 李平,曾昌凤 ,张利雄等.以油菜花粉为模板水热法制备TiO 2 中空微球 J. 无机材料学报.2021,231>:4954.欢迎下载