仪器分析文献综述 2Word格式.docx

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2、引言.....................................................................................................................4

3、实验部分............................................................................................................5

（一）TiO2改性晶体表征................................................................................5

（二）光催化效率的检验分析.........................................................7

（三）中间产物分析.........................................................................8

4、结论........................................................................................................................9

摘要...................................................................................................................................9

仪器分析在二氧化钛晶体及其光催化反应研究中的应用

华云涛

湖北工业大学轻工学部

摘要：

二氧化钛作为一种光催化剂，受到越来越多的人的关注。

许多中外科学研究者对其晶体本身做了许多的研究，以期达到最完美工作效率。

本文专注于他们实验研究化中仪器分析方法的使用。

主要涉及到红外光谱、紫外—可见吸收光谱、X—射线衍射分析、电化学扫描电镜、X—射线荧光光谱分析、高效液相色谱法、GC/MS联用技术。

关键字：

二氧化钛、光催化、仪器分析

Abstract:

titaniumdioxideasalightcatalyst,ispaidmoreandmoreattentionto.ManyChineseandforeignscienceresearchersonthecrystalitselfdidalotofresearch,inordertoachievethemostperfectworkefficiency.Thispaperfocusontheirexperimentalresearchchangeintheuseofinstrumentanalysismethod.Mainlyinvolvestheinfrared,ultraviolet-visiblespectrophotometer,X-raydiffractionanalysis,electrochemicalscanningelectronmicroscopy（sem）andX-rayfluorescencespectrumanalysis,highperformanceliquidchromatography.

Keyword:

titaniumdioxide,lightcatalysis,instrumentanalysis

引言：

TiO2，在废水处理、空气净化、光化学电池、电解水制氢等方面都显示出很好的发展前景。

1977年，FrankandBard就开始尝试使用Ti0，降解水中的氰化物【1】，自此TiO2在环境领域的应用引起了人们极大兴趣。

20世纪90年代后，全球性的环境污染问题日益严重，并且纳米制备技术的高速发展，以纳米TiO2，光催化剂为重点的环境光催化研究成为材料、催化化学以及环境科学等研究的热点【2~3】。

然而TiO2光催化技术并不成熟，例如：

在气体污染防治方面其实现了小规模工业化生产，但在水体污染净化方面仍停留在实验室及小试阶段【4】。

催化剂的失活，有机物降解中间产物的复杂性，较低的光量子效率以及单一预见的反应机制是制约TiO2催化技术的关键因素。

针对这些因素，科学研究者们做了大量的改性试验，并用了各种不同的分析方法进行了晶体表征，中间物的测定以及催化效率检验等等

1、实验部分

1.1、TiO2改性晶体表征

根据热力学第三定律，除了在绝对零度，所有物理系统都存在不规则分布，当有杂质掺入晶体，就会形成缺陷【5】。

而这些缺陷有可能会对二氧化钛性能有所改善。

近几十年研究者做了很多TiO2改性实验。

1.1.1、X—射线衍射（XRD）表征【6】

X—射线衍射方法主要用于测定化合物的相结构。

每一种晶体都有自己独特的结构，用X—射线衍射能得到独特的衍射图谱,所以XRD也是固体催化剂表征中比较常用的方法，尤其是需要了解TiO2改性晶体的结构对它的性质的影响时。

东北林业大学材料科学与工程学院的罗沙、刘守新曾做过Gd掺杂TiO2/活性炭纤维复合材料的制备及表征实验【7】，其中就用到X—射线衍射方法对Gd掺杂的TiO2进行表征，从他的衍射图可以以看出，Gd掺杂未引起TiO2特征衍射峰的移动，但随着Gd掺杂量的增

加，TiO2衍射峰的强度有所减弱，结晶度下降，并且随着Gd掺杂量的增加，催化剂晶粒逐渐减小，说明Gd掺杂能有效抑制催化剂的晶粒生长。

他甚至猜测这可能是由于Gd3+进入TiO2晶格，使催化剂粒子间Ti和O的传递和重排受到阻碍，粒子生长受到抑制，但并未实验证实

1.1.2、电化学扫描隧道显微技术（STM）表征

在光催化剂研究中光得到X射线衍射的结果是不够的，还必须要了解晶体的形貌，如：

晶体的形态和粒度分布、地貌，空的形状、大小及其分布等。

而获得这些信息，就要用到电化学扫描隧道显微技术（STM）。

STM的工作原理是基于量子力学的隧道效应，我这里想要说的是其动作原理。

简单的说来STM是将原子尺度尖锐的探针和被研究物质表面（通常小于1nm），再外加电场的作用下，电子会穿过两极之间的绝缘层从一极流向另一极产生隧道电流。

将其隧道电流检出，经过一系列的信息处理变换，样品的表面形貌将显示在计算机的荧光屏上。

样品的表面电子结构不同，，其表面反映出来的表面特征也不同【8】。

关于其更深的物理原理已有几部专著对其论述了，在此不做介绍。

STM对样品的要求并不高，但是成像的放大倍数也比较低。

所以一般是通过涂上一层Au、Pd等金属导电层来改善信噪比。

图1-1

图1-1是电子显微镜拍摄的图片，左图是TiO2中空微球在使用50次后的图片；

右图是放大倍数后TiO2中空微球表面形貌【9】

1.1.3、X光电子能谱（XPS）

【10】

XPS的测定是表征贵金属在二氧化钛表面分布和存在价态的主要方法。

图1-2是文献中TiO2样品上嵌入纳米银后的XPS图谱【11】.其中左图是样品的全扫描图，可以看出银元素已经存在于TiO2的表面。

右图是Ti的高分辨谱和Ag的高分辨谱。

图1-2

1.2、光催化效率的检验分析

光催化反应是一个高效，绿色的反应。

对于其催化效率也是值得人们研究的。

通过分析不同因素影响下的光催化反应效率，可以指导研究者研究更高效的光催化剂，加速光催化技术从实验室向工业应用的进程。

检验光催化效率就是检验单位时间反应后放映体系中反应物的浓度的变化值。

这其中涉及到的最常见检测技术是紫外—可见吸收光谱分析法和高效液相色谱法。

1.2.1、紫外—可见吸收光谱【12】

我在做二氧化钛光催化降解甲基红试剂的试验中使用这种方法测定降解体系的吸光度。

并计算出甲基红试剂的浓度。

表1-2是实验中的记录的原始数据。

实验是配制初始浓度为1mg/ml的甲基红试剂，加入二氧化钛催化剂用超声分散二氧化钛后，将其放在紫外灯下照射。

取0、5、10、20、30、40min时的反应液各两离心管。

进行离心，用紫外分光光度计在460nm波长光处测吸光度。

表1-2

表1-2中1~30号为第一组实验；

31~56号为第二组实验

实验发现在一定催化剂量和光强照射下，反应速率随底物甲基红的浓度降低而降低。

1.2.2、高效液相色谱法【13】

高效液相色谱法是一种重要的分离方法在光催化研究中得到比较广泛的应用。

尤其是在已知目标物是需要测量每一目标物的含量时，应用的更加多。

1.3、中间产物分析

1.3.1、GC/MS联用技术【14】

GC是指气相色谱仪【15】,MS是指质谱仪【16】。

GC/MS联用技术是指在用气相色谱法检测目标物的组分得到离子流图后，在针对每个组分进行质谱分析加以定性。

图1-3

图1-3是2-氯-N-异丙基乙酰苯胺在光催化降解中的GC/MS总离子流图【17】，其质谱的没有录入。

通过GC/MS连用基本推出2-氯-N-异丙基乙酰苯胺在光催化中的降解途径。

1.3.2、红外光谱法【18】

红外光谱是用来检测光催化降解过程中的有机物的结构的。

一般也是与质谱一起相互对照分析的。

是一种最常用且比较准确的仪器分析方法。

2、结论

化学仪器作为一种分析手段在二氧化钛及其催化反应中起到了非常重要的作用，可以说没有这些仪器方法来表征和检测。

就不可能会有光催化技术的进步和发展。

60年代末现代仪器分析技术发展并且逐渐趋于完美，而光催化技术也是紧随其后在70年代初期出现并逐渐达到了研究热度的高峰，这些都很好的说明了，仪器分析技术在光催化研究的地位。

同时我更相信今后会有越来越多的更好的仪器分析技术被用在这方面的研究中，使光催化技术更教的发展。

参考文献：

【1】AF-ujishiⅡ1a，KHonda．Electmchemicalphotolysisofwateratasemiconductorelectrode【J】．Nature，1972，238：

37—38

【2】AKay，MGratzeI-ArtificiaIphoto—synthesisphotosensitizatiOnOfTi02sohrceuSⅥmhchlorophyⅡderjvativesanrelatednaturalporphyrins【J】．J．Phys．Chem，1993，97：

6272—6277

【3】AHagfeldt，MGratzel．Light—in—ducedredoxreactionsinnanocrystallinesystems【J】．Chem．Rev，1995，95：

49—68

【4】刘守新，刘鸿.光催化及光电催化基础与应用.化学工业出版社，2005,3：

77

【5】刘守新，刘鸿.光催化及光电催化基础与应用.化学工业出版社，2005,3：

【6】晋勇，孙小松，薛屺.X射线衍射分析技术.国防工业出版社，2005

【7】罗沙，刘守新.应用化学2011年01期O643.36，Gd掺杂TiO2/活性炭纤维复合材料的制备及表征.

【8】万立骏.电化学扫描隧道显微术及其应用.科学出版社，2005,2:

16~17

【9】刘守新，刘鸿.光催化及光电催化基础与应用.化学工业出版社，2005,147~148

【10】吴正龙.北京，中国教育装备2007年第10期（总第56期），100875现代X光电子能谱仪简介.

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【12】朱明华，胡坪.仪器分析（第四版）.高等教育出版社，2008，9：

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【14】盛龙生.色谱质谱联用技术.化学工业出版社，2006

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【18】朱明华，胡坪.仪器分析（第四版）.高等教育出版社，2008,10：

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