雲母(001)晶面結構對低維TiO2的誘導效應

《雲母（001）晶面結構對低維TiO2的誘導效應》是依託吉林大學，由李芳菲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雲母(001)晶面結構對低維TiO2的誘導效應
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李芳菲
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

為研究TiO2與高結晶度SiO2載體之間的界面結合及協同作用機制，改善二者的結合強度及TiO2光活性，本項目以大尺寸優質雲母片為載體，利用雲母(001)晶面上規則的Si、O排布誘導TiO2覆膜。探討雲母載體自身結構及表面狀態對TiO2薄膜晶體結構、吸收光譜、光誘導超親水性、光催化活性的影響，分析基底晶體結構及活化程度與低維TiO2光活性之間的關係。通過測試各種雲母基片活化前後的成分、結構、表面-OH、固體酸中心等特徵，分析TiO2催化活性點位、雲母表面活性位置、以及載體晶面結構特徵之間的聯繫，研究雲母(001)晶面規則六元網狀結構對TiO2薄膜結構及催化中心分布的誘導作用，為製備高活性、低成本、結合牢固的礦物負載型TiO2提供理論依據。其成果同樣適用於改善雲母表面包覆層的牢固性，也可為其它2:1型層狀矽酸鹽礦物負載高活性TiO2提供思路，對促進天然礦物高附加值產品開發具有理論和實踐意義。

結題摘要

為研究TiO2與高結晶度SiO2載體之間的界面結合及協同作用機制，改善二者的結合強度及TiO2光活性，本項目以天然優質雲母為載體，利用雲母(001)晶面上規則的Si、O排布誘導TiO2覆膜。同時對比了多種2:1型層狀矽酸鹽礦物，探討雲母載體自身結構及表面狀態對TiO2薄膜晶體結構、吸收光譜、光誘導超親水性、光催化活性的影響，研究礦物(001)晶面成分、結構等對TiO2形貌、結構、性能的誘導作用，為製備高活性、低成本、結合牢固的礦物負載型TiO2提供理論依據。通過負載前後TiO2的相變規律的研究，結果顯示天然矽酸鹽礦物能夠顯著抑制TiO2的晶粒生長和相變過程，而普通玻璃或者化學合成SiO2則不具備這樣的性能。尤其是在使用水解沉澱法和水熱法的情況下，礦物負載後TiO2由銳鈦礦向金紅石的相轉變溫度可提升200~400℃，粘土礦物的脫羥過程不會誘發TiO2相變，而且結晶程度好且與TiO2的結合較為牢固的礦物載體（如雲母化程度較高的伊利石）對TiO2相變的延遲作用更為顯著。說明礦物載體晶面的長程有序結構能夠對TiO2的晶格調整過程產生影響，顯著提升這一相變過程的動力學勢壘，這對改善銳鈦礦型TiO2光催化劑的熱穩定性非常有益。通過對比分析TiO2在不同2:1型粘土礦物片層表面的鋪展規律，結果表明雲母層間的鉀會削弱TiO2與礦物之間的鍵合，而雲母片層中的鋁有助於改善TiO2與礦物之間的鍵合。通過對負載前後TiO2光催化活性及光誘導超親水性的變化規律進行分析，表明雲母改變了TiO2體內光生載流子的傳輸過程特徵。其它礦物負載後也有類似的效果，但不同種類礦物對TiO2光催化氧化能力的影響規律有一定差異，相關數據還在進一步整理過程中，該方面的研究將有助於探討礦物載體與TiO2協同作用的根源與機制。