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201214760216木蟲 (著名寫手)
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【光催化材料】等離子球磨活化光催化TiO2納米顆粒
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今天精讀一篇光催化的文獻(xiàn)，進(jìn)行分享，網(wǎng)頁(yè)版附件可下載原文。 一句話了解全文 通過使用介質(zhì)阻擋放電等離子輔助球磨(DBDP-milling)工藝，將等離子體施加到納米級(jí)顆粒上可以很好地實(shí)現(xiàn)TiO2納米顆粒的活化。結(jié)果表明，DBDP研磨在TiO2納米顆粒中產(chǎn)生了大量的氧空位。形成比表面積為37.40m2/g的團(tuán)聚體，且光催化效率得以提高。 實(shí)驗(yàn)流程 使用平均粒徑為30nm的市售TiO2納米粉作為起始原料，在PBMS設(shè)備中進(jìn)行活化，罐體為WC-Co硬質(zhì)合金，球料比為25：1。在裝入研磨球和TiO2納米粉后，將容器抽真空，然后用氮?dú)馓畛渲链髿鈮�。為避免結(jié)構(gòu)破壞，使用低速轉(zhuǎn)動(dòng)。DBDP研磨時(shí)間為0、2和4h，相應(yīng)的樣品分別表示為TiO2-0，TiO2-2和TiO2-4。 形態(tài)，結(jié)構(gòu)和相組成 圖1 活化的TiO2納米顆粒的SEM圖像(a-1，2)TiO2-0，(b-1，2)TiO2-2和(c-1，2)TiO2-4 圖像表明TiO2納米顆粒均分布良好且呈球形，平均尺寸約為30nm。這些納米顆粒結(jié)合形成大小為幾微米的團(tuán)聚物。時(shí)間延長(zhǎng)至4小時(shí)，單個(gè)TiO2納米顆粒的形貌和微觀結(jié)構(gòu)受到輕微影響。 通過BET測(cè)試，DBDP處理2小時(shí)后，比表面積最大為37.40m2/g(TiO2-2)，4h(TiO2-4)時(shí)，略微下降至35.11m2/g。BET結(jié)果與SEM分析相結(jié)合表明，活化的TiO2是疏松的團(tuán)聚體，具有較弱的表面相互作用，而不是硬聚集體。DBDP研磨甚至分散了一些原始TiO2-0的硬聚集顆粒，減小了單個(gè)納米顆粒的粒徑。 圖2(a)TiO2納米顆粒的XRD圖譜(b)FWHM對(duì)DBDP研磨時(shí)間的依賴性(c)活化的TiO2納米顆粒的拉曼光譜 XRD圖譜中沒有其他峰或峰位移。在DBDP處理過程中，等離子體是一個(gè)冷場(chǎng)，具有較高的電子溫度，而整體溫度低于40℃，這不能誘導(dǎo)銳鈦礦轉(zhuǎn)化為金紅石。由于DBDP處理的轉(zhuǎn)速設(shè)置為40rpm，碰撞壓力太低，無(wú)法引起此類相變。等離子體和納米級(jí)顆粒之間的相互作用應(yīng)該是主要的作用。圖2(b)(c)結(jié)合分析表明微晶尺寸的細(xì)化導(dǎo)致XRD半峰寬變寬。在低速研磨下不會(huì)引入大量缺陷。 表面特性 圖3 TiO2納米顆粒的FTIR光譜：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4 在圖3中，DBDP研磨后3200cm-1附近的峰強(qiáng)度減弱，這表明TiO2納米粉體表面的羥基在等離子體和機(jī)械沖擊的協(xié)同作用下被去除。 圖4 活化的TiO2納米粒子的XPS整體掃描：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4 在進(jìn)行DBDP處理之后，沒有觀察到諸如W，Co和Fe的外來(lái)元素，這表明沒有來(lái)自金屬球和罐體的污染。 圖5 活化的TiO2納米顆粒的O 1s區(qū)域的XPS精細(xì)光譜：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4 可以將所有樣本的O1s區(qū)域分峰為兩部分。已驗(yàn)證TiO2納米粉表面上的羥基已被完全清除，此處的氧明確確定為氧空位(OV)，隨著DBDP研磨時(shí)間的增長(zhǎng)，OV峰的強(qiáng)度增強(qiáng)，表明氧空位的濃度增加。低速下DBDP研磨僅對(duì)納米粒子產(chǎn)生輕微的機(jī)械沖擊。電極上引發(fā)的放電會(huì)產(chǎn)生載氣的一次離子，從而使納米級(jí)表面被激發(fā)和電離。隨后，離子與納米粒子之間的相互作用形成氧空位。 光催化性能 圖6 活化的TiO2納米粒子在紫外線照射下對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化降解：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4，(d)不含TiO2納米粒子 不含TiO2納米粒子的溶劑在紫外線照射下60分鐘內(nèi)有出輕微的降解。另外三個(gè)樣品的在60分鐘達(dá)到平穩(wěn)。與TiO2-0相比，TiO2-2具有更快的講解速率。TiO2-4的光催化活性并未顯著增強(qiáng)，DBDP研磨的延長(zhǎng)會(huì)引起TiO2-4納米顆粒尺寸的變化，光催化性能較差。 結(jié)論 低速DBDP球磨處理對(duì)粉體的結(jié)構(gòu)不會(huì)造成影響，且處理后粉體為疏松的團(tuán)聚體，具有較弱的表面相互作用； 低速DBDP球磨處理不會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生相變，也不會(huì)引入大量結(jié)構(gòu)缺陷； 冷場(chǎng)等離子處理去除了TiO2納米粉表面上的羥基，并產(chǎn)生了大量的氧空位，從而提高了光催化活性。 以上結(jié)論來(lái)自于 Liu X , Long H , Hu S , et al. Photocatalytic TiO2 Nanoparticles Activated by Dielectric Barrier Discharge Plasma Assisted Ball Milling[J]. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 2020. 圖1.png 圖2.png 圖3.png 圖4.png 圖5.png 圖6.png |
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2021-03-24 11:30:07, 2.45 M
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