三维TiO2纳米材料的制备及其光电性能的研究

采用溶剂热法,在环己烷-水体系中通过控制温度,在环己烷-水的液-液界面获得了由一维纳米棒组装而成的3种不同形貌的三维（3D）TiO2纳米材料,并对其组装的染料敏化太阳能电池（DSSC）的光电性能进行了分析。研究结果表明,温度对3DTiO2纳米材料的形貌有很大的影响,在60℃时,一维（1D）纳米棒只是组装成简单的3D球状结构;当温度升高至90℃和120℃时,形貌发生了明显的变化,球状结构转变为花状结构;当温度升高至150℃时,获得了海胆型形貌。由于形貌和粒径的影响,3DTiO2纳米材料对光的吸收能力以及比表面积均有明显地变化,从而导致其组装的DSSC的总光电转换效率差异很大,3D海胆型TiO2纳米材料组装的DSSC的总光电转换效率最大。     

具有中空分级结构的花菜状ZnO制备及发光性能研究

以乙酸锌、氨水和海藻酸钠为原料,采用水热法合成了具有分级结构的中空花菜状ZnO.利用SEM、XRD对样品进行了表征,并研究了样品的光致发光性能.结果表明:空分级结构花菜状ZnO由直径约为50 nm纳米棒组装而成的,组装体的直径约为1μm,为六角纤锌矿结构;海藻酸钠的存在对形成花菜状结构起着关键性的作用;室温光致发光光谱表明样品在380 nm处存在弱的紫外发光峰,而在可见光区(600 nm左右)有很强的发光峰.     

海胆状Ag/g-C_3N_4/ZnO三元复合高效光催化材料的制备

通过简单的二步水热法制备了一种具有良好光催化特性的海胆状Ag/g-C_3N_4/ZnO三元复合光催化材料,通过SEM,TEM,XRD,XPS和UV-Vis DRS等表征方法对材料进行了表征。SEM和TEM结果表明,该材料是以螺旋杆状ZnO纳米棒自组装而成的海胆状ZnO为基体的三元复合物。XPS分析表明,在Ag,g-C_3N_4与ZnO之间形成了双异质结结构。UV-Vis DRS测试表明,所得复合材料与纯海胆状ZnO相比,其吸收带边发生了较大的红移,对可见光吸收增强。氙灯照射下光催化实验结果表明,该材料相较于纯海胆状ZnO,光催化性能显著提高,效率达到97%。最后探究了Ag/g-C_3N_4/ZnO特殊的形貌结构、纳米Ag的局域表面等离子共振效应(LSPR)及g-C_3N_4与ZnO异质结的形成等因素对光催化性能的影响。     

金红石TiO_2微米球的可控合成及其形成机理研究

以钛酸丁酯为钛源,P123为形貌控制剂,采用水热法成功合成了形貌规整的平均直径为1μm的金红石TiO_2微米球.微米球是由平均直径为30nm,平均长度为250nm,侧面暴露{110}晶面和顶端暴露{111}晶面的金红石TiO_2纳米棒组装而成.微米球的表面主要暴露纳米棒的{111}晶面,其{111}晶面比例接近100%.系统考察了P123的浓度、HCl的浓度和水热温度对金红石TiO_2微米球结构的影响规律,并提出了金红石TiO_2微米球的形成机制.     

Mg掺杂对ZnO纳米棒阵列的形貌及光学性能的影响

采用水热法在AZO(Al掺杂ZnO)衬底上制备ZnO纳米棒阵列.探讨了Mg掺杂物质的量浓度对ZnO纳米棒形貌及光学性能的影响,采用XRD、SEM、PL分别对样品的结构、形貌、光致发光性能进行了表征.结果表明:Mg的掺入使ZnO纳米棒的直径减小,端面由六棱柱状结构转变为尖锥状结构,在Mg与Zn的原子比为6∶100时,纳米棒顶端已全部转变为锥状结构,纳米棒长度达到最大值2.32μm,且(002)晶面的衍射峰强度及紫外发射峰强度都达到最大值.     

高分子络合法自组装ZnO纳米结构和形貌调控

研究采用高分子络合法工艺制备ZnO纳米结构材料时晶体尺寸、形貌和质量的控制影响因素和机理.发现ZnO纳米结构的自组装生长由其极性生长特征和高分子网络骨架限域所决定.采用不同络合材料可调控ZnO纳米结构的形貌,如以聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等高分子材料作为络合剂时,分别可以得到均匀直径的ZnO纳米棒、纳米线,而作为对比,当以氨水、柠檬酸钠和六亚甲基四胺等小分子材料作为络合剂时,则分别得到ZnO纳米花、纳米片和棒槌状纳米棒;控制适度弱碱性的络合溶液pH值有利于ZnO纳米结构沿［0001］取向生长,在弱碱性溶液中易得到长柱状ZnO纳米线,而在强碱性溶液中易形成短的ZnO纳米棒以至颗粒.     

N、Pt共掺杂三维海胆型TiO_2制备及光电性能研究

采用水热法制备了N、Pt共掺杂三维海胆型TiO_2材料,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱对材料进行表征分析,同时采用电化学方法对其进行光电转化性能测试.结果表明,N取代TiO_2中O晶格结点的位置,Pt取代Ti晶格结点,成功地掺杂至TiO_2晶格中. N、Pt的掺杂不仅有利于TiO_2从金红石相向锐钛矿相转变,而且对其晶体的生长也起了抑制的作用. N、Pt共掺杂的TiO_2是由具有共同中心的纳米棒组装而成的三维海胆球形结构,球的尺寸分布较窄,直径约为1～2μm,组装纳米棒的直径约为7～8 nm,长度约为100～150 nm.当掺杂摩尔比为5∶5时,样品在紫外和可见光的吸收达到最高,UV-Vis吸收边红移将近100 nm.从光电转换图和线性扫描伏安曲线可以看出,在比表面积、带隙宽度、晶型、载流子数量及元素间协同作用下,掺杂摩尔比为5∶5样品的光电转化效率高达22.4%,为纯海胆型TiO_2的4.48倍.所有试剂均为分析纯.     

种子生长法制备ZnO纳米棒组装结构

采用微波加热方法以Zn-Al类水滑石纳米颗粒为种子、以醋酸锌为前驱物制备了多种形貌的ZnO纳米棒组装结构,使用SEM和XRD进行了表征。研究发现,当种子液用量较低时,容易制备出ZnO纳米棒的花簇结构,其中ZnO纳米棒的长度在几百纳米到2μm之间,直径在100~300nm之间。当种子液用量较大时,容易得到类水滑石的大片晶两面附生ZnO纳米棒或纳米管的多重结构。     

硫化铋纳米结构的可控合成及其光催化性能

采用溶剂热法一步合成了三维海胆状Bi_2S_3纳米结构组装体,并通过调节溶剂体系,研究了其由一维结构到三维结构的组装过程。采用X射线衍射和扫描电子显微镜技术研究Bi_2S_3结构与形貌,并使用紫外可见光谱仪表征其光学性质。同时研究了不同形貌的Bi_2S_3样品对亚甲基蓝的降解能力,结果表明三维海胆状Bi_2S_3组装体具有最好的降解能力,降解率为97.4%。     

以AAO模板为基底可控合成一维碳纳米材料

将不负载任何活性组分的阳极氧化铝模板分别放入两段炉中,700℃下催化裂解乙炔可控合成一维碳纳米材料,反应气氛分别为氩气和氢气;产物通过扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜进行了表征.结果表明:当反应气氛为氩气时,第一段炉中模板表面为相互缠绕的蠕虫状的碳纳米管,其直径在100nm左右,模板孔内为开口的碳纳米管,其直径约为50nm左右;第二段炉中模板表面沉积了密集的碳纳米棒,其形貌规整,棒体很直,散落在模板表面,粗的直径约200nm,细的约100nm,长度短的不到1μm,长的约2.5μm;当反应气氛为氢气时,模板表面沉积了规整的直立碳纳米棒,其长度长的约1μm,短的约为100nm,粒径约为50nm.所合成的碳纳米棒为实心的断断续续的石墨片层组成的波纹状结构.