通过气体爆轰法制备的纳米TiO2的数值模拟及其光催化机理研究

《Combustion and Flame》：Numerical simulation and photocatalytic mechanism study of nano-TiO2 prepared by gaseous detonation

　　

杨中宇|赵铁军|张梦洲|刘宇琪|董正芳|罗振贤|周志勇|严宏浩|吴林松

摘要

可见光驱动的有机污染物催化降解是一种有效的生态与环境治理技术。作为该领域典型的光催化剂，高效、低成本的TiO₂合成仍然是环境功能材料研究的核心方向。气体爆轰法展现出应用潜力，因为它能够快速合成具有优异催化活性的纳米TiO₂。然而，这项技术面临一个关键瓶颈：前驱体TiCl₄对氢氧爆炸特性及爆炸参数的影响规律尚不明确，这限制了高性能纳米TiO₂的可控制备。本研究采用实验与数值模拟相结合的方法，建立了一个包含前驱体反应路径的爆轰合成体系。系统探讨了TiCl₄对氢氧爆炸特性、关键爆炸参数以及TiO₂气体爆轰合成过程中产物性质的影响规律，并通过实验研究了纳米TiO₂的光催化性能。结果表明，前驱体在氢氧爆炸过程中起着关键的调控作用，爆炸参数（爆炸温度、速度和压力）随着前驱体浓度的变化而显著变化，从而导致产物性质也随之改变。本研究建立了“初始条件-爆炸参数-产物性质”之间的关系框架，揭示了TiCl₄对爆炸过程及纳米TiO₂性质的调控效应。通过调整初始反应条件并优化爆炸参数，实现了对纳米TiO₂结构的精确控制，为纳米材料的可控合成提供了坚实的理论基础和技术支持。