【摘要】 本文系统研究pH值与Ti/Si比对钛硅氧化物的影响，通过XANES/EXAFS揭示Ti-O-Si键合机制，解析光催化性能提升机理。涵盖溶胶-凝胶制备工艺、同步辐射表征技术及产业化应用前景。

钛硅氧化物（TixSiy）作为新型复合功能材料，凭借其独特的光催化性能和机械稳定性，在生物医疗、食品工程及环境治理领域展现广阔应用前景。本文通过溶胶-凝胶技术制备系列TixSiy样品，结合同步辐射X射线吸收光谱（XANES/EXAFS）揭示其微观结构特征。

钛硅氧化物溶胶-凝胶制备工艺及pH调控示意图

图1 制备TixSiy氧化物颗粒的实验程序

 

一、制备工艺与性能调控关键

采用改良Stober法制备过程中，发现以下核心影响因素：

1.​前驱体配比：TEOS与异丙醇钛（TTIP）的摩尔比直接影响Ti-O-Si网络形成

2.​pH值调控：酸性环境（pH≈3）可延缓缩聚速率，提升比表面积至420m²/g

3.​溶剂选择：乙醇-水体系在40℃恒温条件下可获得粒径分布均匀的纳米颗粒

实验数据显示，当Ti/Si原子比为1:2时，材料兼具：

  • 光响应范围扩展至可见光区（λ>450nm）
  • 亚甲基蓝降解率提升78%（UV光照3小时）
  • 抗压强度达1.2GPa（较纯SiO2提升300%）

亚甲基蓝降解实验装置及紫外可见分光光度计示意图

图2 光催化过程实验装置示意图

 

二、同步辐射X射线深度解析

通过XANES谱发现：

  • Ti³⁺/Ti⁴⁺比例与光催化活性呈正相关（R²=0.93）
  • EXAFS拟合显示Ti-O键长1.92±0.03Å，配位数4.2
  • Ti-O-Si键占比＞65%时材料热稳定性显著提升

 

三、产业化应用潜力

基于FDA的GRAS认证及以下特性：

1.抗菌率＞99%（大肠杆菌/金黄色葡萄球菌）

2.药物缓释时长延长至72小时

3.食品级应用通过ISO 22000认证

 

参考文献：1.&nbspTeamsinsungvon, A.;  Ruksakulpiwat, C.;  Amonpattaratkit, P.; Ruksakulpiwat, Y. Structural Characterization of Titanium–Silica Oxide Using Synchrotron Radiation X-ray Absorption Spectroscopy Polymers [Online], 2022.

 

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