Sb2S3对枝状TiO2阵列的修饰及其在杂化太阳电池中的应用

为了提供多条电子传输通道,增加窄禁带半导体和有机半导体的负载量,采用一步水热法,在FTO基底上制备了由纳米管和纳米线组装而成的枝状TiO₂;通过化学浴沉积法,在枝状TiO₂上成功地制备了窄禁带半导体Sb₂S₃;利用SEM,XRD,紫外-可见吸收光谱,瞬态光电流,稳态荧光光谱及J-V曲线等手段,对样品形貌、晶型、吸光性能和光电性能进行了表征和测试,探究Sb₂S₃沉积时间对电池效率的影响。结果表明：稀疏的枝状TiO₂阵列垂直于FTO导电玻璃生长,为电荷传输提供了有利条件;Sb₂S₃的加入,加强了电极材料对可见光的吸收,提高了光电流强度及荧光猝灭强度,有利于光生载流子的产生和转移;由枝状TiO₂/Sb₂S₃(3 h)/P3HT/PEDOT∶PSS/Au构成的杂化太阳电池的能量转换效率达到了1.10%,是未沉积Sb₂S₃的杂化太阳电池能量转换效率的10倍。在多级结构TiO₂上沉积Sb₂S₃,有利于提高电极材料对可见光的吸收,加强光生载流子的传输能力,拓宽光谱响应范围,提高光电性能,对于解决单纯TiO₂电极吸收强度较弱和光谱响应范围较窄等问题具有重要意义。     

LaVO4/TiO2在分解甲基橙中的光催化性能研究

光催化剂TiO₂在污水有机物降解中有着巨大优势,但由于对光的利用率过低,需要在TiO₂的基础上进行掺杂来改善其光催化性能。本研究利用稀土镧元素对TiO₂进行了掺杂分别制备了LaVO₄/TiO₂和La(NO₃)₃/TiO₂复合光催化剂,并将它们应用于甲基橙的光催化降解反应,证实了LaVO₄对TiO₂的光催化效果有较明显的增强作用。另外还研究了不同pH条件制备和不同掺杂比例的LaVO₄/TiO₂光催化效果,pH在10.56左右制备出的LaVO₄和掺杂比例为5%的LaVO₄制得的LaVO₄/TiO₂复合光催化剂效果较好。     

一步法合成耐久性水基超疏水TiO2/DTMS涂层

为制备具有优异自清洁功能的耐久性水基超疏水涂层，以十二烷基三甲氧基硅烷(n-dodecyltrimethoxysilane, DTMS)为有机改性物，通过一步法在纳米TiO₂表面嫁接长链烷基官能团得到超疏水TiO₂/DTMS涂层。分析了TiO₂涂层及TiO₂/DTMS涂层的表面润湿性、形貌和化学组成，并对所得超疏水TiO₂/DTMS涂层的自清洁性能、机械及化学稳定性进行了测试。结果表明：超疏水TiO₂/DTMS涂层表面水接触角(water contact angle, WCA)达到159°；以亚甲基蓝粉末作模拟污染物，涂覆有超疏水TiO₂/DTMS涂层的玻璃具有优异的自清洁性能；经机械磨损(10 min)、酸碱液(pH=1、3、5、7、9、11、13)浸泡、高低温(−20、30、60、90、120、150 ℃)处理后超疏水TiO₂/DTMS涂层的WCA仍大于150°，表明其具有优异的机械和化学稳定性，可用于室外防污，如建筑物外墙、玻璃、太阳能电池板等。     

NaBH4还原改性TiO2(B)及光催化性能研究

以TiCl₄为原料,在（CH₂OH）₂溶液中通过一步水热法制备单斜相二氧化钛[TiO₂(B)]。使用不同质量含量NaBH₄对TiO₂(B)进行还原改性,调控其内含Ti³⁺的浓度,合成了含Ti³⁺的TiO₂(B)-NaBH₄X样品。采用X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectroscopy）、紫外-可见漫反射光谱仪（UV-visible diffuse reflectance spectroscopy,UV-DRS）、X射线光电子能谱仪(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）对材料进行表征。改性后TiO₂(B)-NaBH₄X样品保持其原有晶体结构,并未发生相变,仅有结晶度的改变。原始TiO₂(B)禁带宽度为3.15 eV,通过改性,Ti³⁺的存在改变了禁带宽度,成功地将禁带宽度降低到2.82 eV,将吸光区域扩展到可见光区域。通过可见光光催化分解水制氢与可见光降解甲基橙试验,确立了TiO₂(B)-NaBH₄3样品有最好的可见光光催化活性,产氢速率达到0.58 μmol·h^-1·g^-1,6 h降解率达到40%。     

TiO2/CB-NiCo2O4修饰玻碳电极的制备及其对葡萄糖的电化学测定

利用低温下的水化学生长法合成了镍钴氧化物（NiCo₂O₄）纳米针,因其自组装而表现出立方晶相,再用二氧化钛/炭黑（TiO₂/CB）对NiCo₂O₄表面进行了改性,合成了TiO₂/CB-NiCo₂O₄复合纳米材料.用X射线光电子能谱仪（XPS）、扫描电子显微镜（SEM）、能量色散X射线光谱仪（EDX）图谱对材料的形貌进行了表征,运用循环伏安法（CV）、时间-电流（i-t）曲线法考察了TiO₂/CB-NiCo₂O₄修饰玻碳电极的电化学行为.实验发现：TiO₂/CB-NiCo₂O₄修饰电极对葡萄糖的氧化有良好的电催化性能,其线性范围为0.001~1.780 mmol·L^-1,检测限为0.53 μmol·L^-1（信噪比S/N=3）.将该法用于实际样品中葡萄糖的测定,结果令人满意.     

钛金属表面原位自生K2(Ti8O17)/ TiO2复合生物陶瓷涂层的制备及其生物相容性

采用电化学原位自生方法在钛基体表面成功制备出了K2(Ti₈O₁₇)/ TiO₂复合生物陶瓷涂层，并对涂层的表面形貌、微观结构及相组成等进行了观察分析.通过模拟体液培养对其生物活性进行了评估.结果表明，所制备的K2(Ti₈O₁₇)/ TiO₂复合陶瓷涂层具有良好的生物相容性和生物活性.     

TiO2对磁控溅射Ti-TiO2纳米复合涂层抗菌性能的影响

为预防种植体周围炎,采用反应磁控溅射法在纯Ti片表面制备了Ti-TiO₂纳米复合涂层,改变Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例,研究纳米TiO₂体积分数对涂层微观结构和抗菌性能的影响。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、接触角测量仪对样品进行微观组织的表征以及表面粗糙度和润湿性能的测量,采用CCK-8法(cell counting kit-8,CCK-8)对涂层进行细胞毒性测试,采用平板涂布计数法对涂层进行抗菌性能评价。结果表明,当Ti靶材与TiO₂靶材的拼接比例为95∶5时,Ti-TiO₂涂层含纳米TiO₂量最多,涂层的表面粗糙度以及与液相接触角达到最大值,分别为1.28 nm和100.42°,涂层无细胞毒性,符合生物安全性材料的标准,涂层的抗菌性能最佳,涂层的抑菌率达到了90.94%。     

CdS光化学修饰介孔TiO2及其增强的可见光催化活性

[目的]提高介孔TiO₂材料的光催化活性。[方法]采用蒸发诱导自组装法(EISA),以四氯化钛和钛酸丁酯为钛源,嵌段共聚物P123(EO₂₀PO₇₀EO₂₀)为模板剂,制备介孔TiO₂。用光化学修饰法将CdS掺进介孔TiO₂中,合成对可见光有较好响应的复合材料,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、原子吸收分光光度法(AAS)和光催化等手段对样品进行表征。[结果]XRD和TEM结果表明成功合成有序的六方介孔材料;AAS确定复合材料中Cd的含量为0.96mg/g;光催化于500 W氙灯下以2×10^-5mol/L次甲基蓝(MB)为模型污染物,结果显示CdS/TiO₂复合材料的可见光催化活性明显提高。[结论]光化学修饰法制备的介孔CdS/TiO₂复合材料可增强其可见光催化活性。     

TiO2/SiO2/GQDs双层增透膜的制备及其在太阳能板中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂ 和TiO₂ 纳米溶胶,采用水热法制备了石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）。为进一步提高光伏太阳能板的透光率,设计了一种TiO₂/SiO₂/GQDs双层增透膜结构。探究了薄膜的结构、自清洁性能和增透性能,并进一步讨论了GQDs在增透性中的作用。结果表明,SiO₂-TiO₂/TiO₂-GQDs结构的双层薄膜厚度为120 nm时,太阳能板上的光透过率由未涂敷的85%增加至95%。接触角实验和室外耐环境性能实验测试表明,复合膜层接触角为10°,并具有良好的亲水性和耐环境性能。此外,户外实验结果表明,涂覆该薄膜的太阳能电板发电效率提高6%。由此说明双层增透膜可有效地提高太阳能电池板的光能利用率和使用寿命,可高效地利用太阳能。     

CdS修饰低密度TiO2纳米棒阵列复合膜的制备及光电性能

为了提高CdS光敏层在TiO₂一维纳米棒阵列中的填充率,在TiO₂种子层的基础上,采用水热法于FTO导电玻璃表面生长了棒长较短、棒间距较大的低密度TiO₂一维纳米棒阵列膜,通过化学浴沉积在TiO₂纳米棒表面包覆CdS种子层,以此为基底采用水热法于TiO₂一维纳米阵列中生长CdS光敏层。采用SEM,XRD及紫外-可见吸收光谱对不同CdS水热生长时间的TiO₂/CdS复合膜结构进行了表征,并对其光电性能进行了研究。结果表明,低密度TiO₂纳米棒阵列有利于CdS生长液在阵列中渗入形成完全包覆的CdS种子层,CdS光敏层通过水热过程在整个TiO₂纳米棒表面均匀生长,逐渐形成CdS对TiO₂纳米棒阵列的完全填充和包覆,并在阵列顶端形成由CdS纳米短棒组成的花状修饰层;CdS的修饰将TiO₂一维纳米阵列膜的光吸收拓展至可见光区,水热生长7 h所得到的TiO₂/CdS复合膜具有最高光电流。所制备的CdS修饰低密度TiO₂纳米棒复合膜在太阳电池器件中具有很好的应用前景。     

氮化碳自组装包裹对SnO2TiO2复合锂离子电池负极材料电化学性能的影响

通过简单的石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米片自组装沉积法,制备了g-C₃N₄包裹的SnO₂-TiO₂纳米复合材料.扫描电子显微镜观察显示,g-C₃N₄均匀地包裹在SnO₂-TiO₂纳米颗粒上.SnO₂-TiO₂-C₃N₄纳米复合材料被用作锂离子电池的负极材料,在0.2C的倍率下循环20次后,比容量达到380.2 mA·h·g^-1,明显高于未经g-C₃N₄包裹的纯的SnO₂(51.6 mA·h·g^-1)和SnO₂-TiO₂纳米复合材料.在0.1~0.5C的倍率充放电测试中,SnO₂-TiO₂-C₃N₄纳米复合材料的比容量仅从490 mA·h·g^-1衰减到330 mA·h·g^-1,高倍率下抗衰减性能优于同类材料.材料优异的电化学性能归功于g-C₃N₄的包裹处理,这不仅增强了固体电解质界面(SEI)的稳定性,也抑制了锂离子嵌入-脱出时SnO₂和TiO₂纳米颗粒的体积变化.     

工业化超疏水TiO2涂层的简易制备和性能研究

为探究适合工业化生产用超疏水纳米TiO₂的绿色改性工艺,以饱和脂肪酸A、硅烷B、纳米TiO₂（P25）等为原料制备超疏水TiO₂粉末,与环氧树脂混合后利用喷涂法制备出超疏水涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱仪和接触角分析仪对超疏水粉末和超疏水涂层表面的形貌和疏水性进行了表征。结果表明：超疏水TiO₂粒子表面具有疏水性基团和微-纳米双重粗糙结构,粒子表面的静态水接触角为158°,滚动角为3°;当超疏水TiO₂与环氧树脂的质量比在3.2～3.5时,超疏水涂层既保持超疏水性,又与基底稳固结合,同时具有自清洁性和可修复性。该工艺操作简单方便,成本低,疏水性好,无需特殊设备,工艺环保,适应工业化生产,可用来大面积制备超疏水涂层,拥有较高的商业价值。     

Zr 掺杂对锐钛矿型TiO2 电子结构和光学性质的影响

本文采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了Zr 掺杂对锐钛矿型TiO₂ 电子结构和光学性质的影响, 计算了Zr 掺杂前后锐钛矿型TiO₂ 的电子态密度分布、能带结构、光吸收系数等性质, 定性地分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化. 研究结果表明: Zr 掺杂锐钛矿型TiO₂, 导致带隙减小, 掺杂后在360~400nm 附近的光吸收系数增大, TiO₂ 的吸收带产生红移, 增强了TiO₂ 的光催化活性, 理论与实验结果 一致.     

Al2O3对Mo-W-Co高温合金力学性能的影响

通过改变Mo-W-Co高温合金中Al₂O₃的含量,研究Al₂O₃对Mo-W-Co高温合金硬度和耐磨性能的影响.采用球磨、压制成形和真空烧结等工艺制备Mo-W-Co-Al₂O₃高温合金,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和金相显微镜(OM)对制备好的合金的相结构、形貌和粒度进行分析,并测试合金的硬度和耐磨性能.结果表明:添加Al₂O₃能提高Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能,当w_Al2O3为5%时,Mo-W-Co高温合金的硬度和耐磨性能达到最佳效果;在真空烧结时,Al₂O₃在合金中形成了γ-Al₂O₃相,是影响合金组织和性能的关键相.     

Al-TiO2负载及Fenton协同催化降解苯酚废水

将Al-TiO₂光催化剂负载于金属钛板表面,以苯酚为目标污染物,考察负载后光催化剂的活性及持久耐用性. 采用与Fenton技术联用补偿光催化剂负载后活性的降低,探讨负载的Al-TiO₂2与Fenton联用的效果及影响因素. 结果表明： 负载于金属钛板的Al-TiO₂活性有所降低,但持久耐用;Al-TiO₂与Fenton联用,在1h内苯酚和COD的去除效率分别从29.88%和23.65%提高至95.86%和93.89%,分别提高了65.98%和70.24%;协同体系中H2O₂投加量0.2mL·L^-1,Fe²⁺浓度0.6mmol·L^-1,改性纳米TiO₂光催化剂固定量0.36g,反应初始pH为4,同时光源达300W时苯酚1h内能完全降解.     

热处理温度对TiO2薄膜光催化活性影响的研究

 采用溶胶-凝胶法及浸渍提拉法,在普通玻璃载玻片上制得了TiO₂薄膜,通过差热分析仪及X射线衍射仪分析了热处理温度对TiO₂的晶型、晶粒大小、孔隙率及薄膜的光催化活性的影响,结果表明存在一个最佳的热处理温度范围,在这一温度范围内薄膜的光催化活性最好.     

CoFe2O4-Al2O3复合材料的制备及其在含日落黄废水处理中的应用

制备了铁酸钴-氧化铝（CoFe₂O₄-Al₂O₃）复合材料,并采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、比表面积和孔径分析仪对多孔CoFe₂O₄-Al₂O₃复合材料的物相和形貌进行了分析. 利用制备的CoFe₂O₄-Al₂O₃复合材料活化过硫酸氢钾（PMS）来降解废水溶液中的日落黄（SY）,通过研究CoFe₂O₄-Al₂O₃材料制备过程中Co²⁺,Fe³⁺和Al³⁺的物质的量之比、煅烧温度和时长对材料催化性能的影响,发现Co²⁺,Fe³⁺和Al³⁺的最佳物质的量之比为1:2:12,最佳煅烧温度为400 ℃和最佳煅烧时长为3 h. 对采用在最优条件下制得的CoFe₂O₄-Al₂O₃复合材料作为催化剂,PMS氧化降解含日落黄废水进行研究,考察了pH值、温度、不同体系、PMS用量、CoFe₂O₄-Al₂O₃材料用量和一些阴离子对日落黄降解的影响. 结果表明：在pH=7,温度为55 ℃条件下,用0.1 g催化剂和0.125 g PMS能使100 mL质量浓度为0.6 g·L^-1的日落黄溶液在30 min内降解率达到99.5%. 同时,碳酸氢根负离子（HCO₃^-）和硝酸根负离子（NO₃^-）的加入抑制了日落黄的降解,而Cl^-则能促进日落黄的降解. 此外,在进行4次循环使用后,CoFe₂O₄-Al₂O₃仍表现出很好的催化性能,日落黄去除效果仍能达到90%以上.     

可见光驱动的Ti基半导体光催化剂的研究进展

半导体光催化技术在太阳能转换以及环境治理方面具有巨大潜力。TiO₂由于其高的光催化效率、良好的稳定性以及合适的带边电位等,成为了当前研究最多的光催化材料。但TiO₂是宽带隙半导体,对可见光几乎不响应,这极大限制了TiO₂的应用。为了提高TiO₂对可见光的响应能力,提高太阳能的转化效率,相继开发了一系列由TiO₂衍生的Ti基可见光催化剂。首先简单地介绍了半导体光催化机制,然后综述了Ti基半导体光催化剂的分类、增强可见光响应策略以及Ti基可见光催化剂应用现状,最后总结了Ti基可见光催化剂制备及应用过程中所面临的挑战,同时也对未来Ti基可见光催化剂的合成及发展进行了展望。     

O3/H2O2工艺控制太湖原水中致嗅氨基酸

针对太湖原水中氨基酸氯化消毒后可能引发的嗅味问题,采用太湖某水厂滤后水为研究对象,考察了O₃/H₂O₂深度处理工艺对水中致嗅氨基酸的去除效果及影响因素。结果表明滤后水中致嗅氨基酸占总游离氨基酸的81.6%,采用O₃/H₂O₂工艺降解致嗅氨基酸的最佳投量为1.5 mg·L^-1 O₃和0.06 mM H₂O₂,去除率91.28%,致嗅氨基酸浓度降至484.62 ng·L^-1,加氯消毒后几乎没有致嗅风险。水温10~30℃范围内,O₃/H₂O₂对致嗅氨基酸的去除率随温度升高而增大;pH=6~8范围内,去除率随pH的升高而增大。另外,该组合工艺较单独O₃/H₂O₂对溴酸盐的生成也有明显抑制作用。     

尿素辅助模板法合成介孔氮掺杂CeO2及其CO2捕获应用研究

以硝酸铈为前驱物,以尿素为助剂,采用一种简单的模板法合成了介孔氮掺杂CeO₂材料.利用X射线衍射仪(XRD)、吸附-脱附仪(BET)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等设备对合成材料进行表征.多种测试结果证明:试验得到的纳米材料具有均一的介孔结构和较高的比表面积(124.8 m²·g^-1)并掺杂了氮元素.同时,测定了介孔CeO₂材料对于CO₂的吸附性能,并研究了氮掺杂对CeO₂材料的CO₂吸附性能的影响.结果表明:相比未掺杂氮的介孔CeO₂,氮掺杂的介孔CeO₂具有更好的CO₂吸附性能和循环吸附脱附性能.