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木虫 (著名写手)

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[交流] 【光催化材料】等离子球磨活化光催化TiO2纳米颗粒

今天给大家分享一篇光催化的文章，大家需要英文原文的后台私信221222，并把邮箱发给我，我看到后会发给大家。

一句话了解全文
通过使用介质阻挡放电等离子辅助球磨(DBDP-milling)工艺，将等离子体施加到纳米级颗粒上可以很好地实现TiO2纳米颗粒的活化。结果表明，DBDP研磨在TiO2纳米颗粒中产生了大量的氧空位。形成比表面积为37.40m2/g的团聚体，且光催化效率得以提高。

实验流程
使用平均粒径为30nm的市售TiO2纳米粉作为起始原料，在PBMS设备中进行活化，罐体为WC-Co硬质合金，球料比为25：1。在装入研磨球和TiO2纳米粉后，将容器抽真空，然后用氮气填充至大气压。为避免结构破坏，使用低速转动。DBDP研磨时间为0、2和4h，相应的样品分别表示为TiO2-0，TiO2-2和TiO2-4。

形态，结构和相组成

图1 活化的TiO2纳米颗粒的SEM图像(a-1，2)TiO2-0，(b-1，2)TiO2-2和(c-1，2)TiO2-4

图像表明TiO2纳米颗粒均分布良好且呈球形，平均尺寸约为30nm。这些纳米颗粒结合形成大小为几微米的团聚物。时间延长至4小时，单个TiO2纳米颗粒的形貌和微观结构受到轻微影响。
通过BET测试，DBDP处理2小时后，比表面积最大为37.40m2/g(TiO2-2)，4h(TiO2-4)时，略微下降至35.11m2/g。BET结果与SEM分析相结合表明，活化的TiO2是疏松的团聚体，具有较弱的表面相互作用，而不是硬聚集体。DBDP研磨甚至分散了一些原始TiO2-0的硬聚集颗粒，减小了单个纳米颗粒的粒径。

图2(a)TiO2纳米颗粒的XRD图谱(b)FWHM对DBDP研磨时间的依赖性(c)活化的TiO2纳米颗粒的拉曼光谱

XRD图谱中没有其他峰或峰位移。在DBDP处理过程中，等离子体是一个冷场，具有较高的电子温度，而整体温度低于40℃，这不能诱导锐钛矿转化为金红石。由于DBDP处理的转速设置为40rpm，碰撞压力太低，无法引起此类相变。等离子体和纳米级颗粒之间的相互作用应该是主要的作用。图2(b)(c)结合分析表明微晶尺寸的细化导致XRD半峰宽变宽。在低速研磨下不会引入大量缺陷。

表面特性

图3 TiO2纳米颗粒的FTIR光谱：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4

在图3中，DBDP研磨后3200cm-1附近的峰强度减弱，这表明TiO2纳米粉体表面的羟基在等离子体和机械冲击的协同作用下被去除。

图4 活化的TiO2纳米粒子的XPS整体扫描：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4

在进行DBDP处理之后，没有观察到诸如W，Co和Fe的外来元素，这表明没有来自金属球和罐体的污染。

图5 活化的TiO2纳米颗粒的O 1s区域的XPS精细光谱：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4

可以将所有样本的O1s区域分峰为两部分。已验证TiO2纳米粉表面上的羟基已被完全清除，此处的氧明确确定为氧空位(OV)，随着DBDP研磨时间的增长，OV峰的强度增强，表明氧空位的浓度增加。低速下DBDP研磨仅对纳米粒子产生轻微的机械冲击。电极上引发的放电会产生载气的一次离子，从而使纳米级表面被激发和电离。随后，离子与纳米粒子之间的相互作用形成氧空位。

光催化性能

图6 活化的TiO2纳米粒子在紫外线照射下对亚甲基蓝的光催化降解：(a)TiO2-0，(b)TiO2-2和(c)TiO2-4，(d)不含TiO2纳米粒子

不含TiO2纳米粒子的溶剂在紫外线照射下60分钟内有出轻微的降解。另外三个样品的在60分钟达到平稳。与TiO2-0相比，TiO2-2具有更快的讲解速率。TiO2-4的光催化活性并未显着增强，DBDP研磨的延长会引起TiO2-4纳米颗粒尺寸的变化，光催化性能较差。

结论
 低速DBDP球磨处理对粉体的结构不会造成影响，且处理后粉体为疏松的团聚体，具有较弱的表面相互作用；
 低速DBDP球磨处理不会导致材料发生相变，也不会引入大量结构缺陷；
 冷场等离子处理去除了TiO2纳米粉表面上的羟基，并产生了大量的氧空位，从而提高了光催化活性。

以上结论来自于
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.

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