Zn掺杂TiO2纳米管电极制备及其对五氯酚的光电催化降解

采用阳极氧化法在Ti基底上制备TiO₂纳米管电极, 再通过浸渍法制备出Zn掺杂TiO₂纳米管电极. 采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、电子探针显微分析(EPMA)、紫外-可见漫反射吸收光谱(DRS)技术对其进行表征, 电极表面分布有均匀的纳米管状阵列, 管径50～90 nm, 管长约200 nm, 管壁厚约为15 nm, 锐钛矿型TiO₂, Zn元素以ZnO小团簇形态沉积在TiO₂纳米管电极表面, 与TiO₂纳米管电极相比起始吸收带边红移近20 nm. 分别使用Zn掺杂TiO₂纳米管电极和TiO₂纳米管电极对相同五氯酚(PCP)溶液(初始浓度为20 mg/L, 电解质Na₂SO₄浓度为0.01 mol/L, 初始pH为7.03)进行光电催化降解120 min. 结果表明: 在紫外光(400 μW/cm²)或可见光(4500 μW/cm²)的照射下, Zn掺杂TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为73.5%和18.4%, 而TiO₂纳米管电极对PCP的降解率分别为48.5%和3.2%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极光电催化降解PCP的准一级反应动力学常数分别为TiO₂纳米管电极的2.0倍和5.8倍, 且其光电催化性能与Zn掺杂浓度有关，最优掺杂浓度为0.909%. Zn掺杂TiO₂纳米管电极的稳定性良好.     

光催化降解三氯杀螨醇的研究

利用悬浮纳米TiO₂体系, 研究了三氯杀螨醇在紫外光作用下的降解行为. 结果表明, 在波长为365 nm的400 W高压汞灯, TiO₂浓度为0.25 mg/mL, 空气流量为100 mL/min的条件下, 2 h内可完全降解三氯杀螨醇, 表观降解速率常数为0.167 min^-1. 讨论了光催化剂TiO₂的用量、光降解时间和光强等条件对三氯杀螨醇降解的影响, 同时对光催化降解三氯杀螨醇的反应机理进行了初步的探讨, 提出了可能的降解途径.     

纳米TiO2的溶剂热制备及光催化降解气相苯

以钛酸正丁酯为前驱体、乙醇和水为主要溶剂, 采用溶剂热法合成了纳米TiO₂, 并形成一种溶剂热负载工艺. 利用热重分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM和HRTEM)以及比表面积测定(BET)等手段表征了有/无溶剂热处理、有/无灼烧处理等4个纳米TiO₂样品. 结果表明, 经过溶剂热处理的TiO₂颗粒呈立方体状, 有良好的(101)晶面结晶度、较高的热稳定性和比表面积; SEM表征负载TiO₂薄膜结果显示, 溶剂热负载工艺制得的TiO₂薄膜具有均匀且牢固的特点. 以气相苯的光催化氧化为探针考察TiO₂薄膜的光催化活性发现，溶剂热后的灼烧处理会降低催化剂的比表面积, 进而导致催化剂活性的下降；溶剂热后未灼烧和灼烧的催化剂降解400 mg/m³苯的活性分别为未经溶剂热处理的4.1倍和3.7倍.     

TiO2改性β-PbO2电极光电协同降解偶氮染料酸性橙Ⅱ

电助光催化是一种有效的提高光催化效率的手段. 通过共沉积的方法制备了TiO₂改性β-PbO₂电极, 分别用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)表征了其表面形貌和晶体结构. 将其用于电助光催化降解酸性橙Ⅱ, 在外加电压(阴阳两极间)为1.5 V时, 考察了溶液初始pH值对降解50 mg/L酸性橙Ⅱ的影响; 在外加电压为2.5 V时, 研究了初始pH = 2.0和pH = 12.0时降解历程和降解产物的差异. 结果表明, 200 mL共沉积液中加入2.0 g TiO₂制备的改性β-PbO₂电极较未改性的β-PbO₂电极晶粒更加精细, 表面更加致密均匀. 电助光催化降解酸性橙Ⅱ时产生了明显的光电协同作用, 溶液初始pH = 2.0时对酸性橙Ⅱ的降解效率和TOC去除率最高. 通过对紫外可见光谱和最终降解产物的分析, 证明初始pH = 2.0时, 在2 h的反应时间内, 光电协同催化降解酸性橙Ⅱ经历产生主产物马来酸的反应步骤, 而初始pH = 12.0时酸性橙Ⅱ的降解较为缓慢.     

TiO2纳米管阵列太阳能电池薄膜材料及电池性能研究

寻找一种新型微结构的纳晶半导体以替代无规则的纳晶半导体是染料敏化太阳能领域研究的一个重要方向, 其中有序的TiO₂纳米管结构是最近研究的热点. TiO₂纳米管阵列作为一种新型的纳米TiO₂材料, 由于其独特的阵列结构和优异的光电、氢敏特性, 引起了人们的广泛关注. 利用TiO₂纳米管阵列薄膜组装的染料敏化太阳能电池体系在AM1.5条件下光电转化效率已达到5.44%. 本文就国内外关于TiO₂纳米管阵列太阳能电池材料的制备方法及TiO₂纳米管阵列太阳能电池存在的问题和最新研究进展进行了介绍.     

复合薄膜CoFe2O4/TiO2的制备及磁性

以钛酸丁酯和金属盐酸盐为原料, 采用溶胶-凝胶工艺制备CoFe₂O₄/TiO₂复合薄膜. 探讨热处理温度和前驱液pH值对CoFe₂O₄/TiO₂复合薄膜结构及磁性的影响. 通过X射线衍射(XRD)分析了复合薄膜的相结构; 采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和偏光显微镜(PLM)观测了薄膜表面形貌; 用振动样品磁强计(VSM)测试了样品的磁性. 结果表明, 薄膜生长过程中两相组分的晶体各自析出长大, CoFe₂O₄均匀地嵌埋于TiO₂基体中; 薄膜中晶粒的生长对反应体系的pH值、热处理温度依赖性较大, 前驱液pH在2~3范围内, 经800℃热处理后得到纳米复合薄膜, 晶粒平均粒径为19 nm; 随着热处理温度的升高, 复合薄膜的磁性增强.     

面包酵母菌、纳米TiO2及其复合吸附剂对Cu2+ 吸附性能的比较

采用TiCl4液相水解法, 制备粒径在40～80 nm的锐钛型纳米TiO₂. 将制得的纳米TiO2配合面包酵母菌制作复合吸附剂并用于Cu²⁺的吸附研究, 发现复合吸附剂量为5 g·L^-1, pH≥4.0, 吸附时间40 min, [Cu²⁺]=10 mg·L^-1的条件下, 复合吸附剂中纳米TiO₂提高了面包酵母菌对Cu2+的吸附率, 即面包酵母菌和纳米TiO₂对Cu²⁺的吸附产生了协同作用. 利用扫描电子显微镜、红外光谱、Zeta电位等仪器对复合吸附剂进行测试分析. 结果表明, 复合吸附剂中面包酵母菌与纳米TiO₂主要依靠配位键、氢键相互结合, 受静电吸引影响较小. 同时, 复合吸附剂的稳定性及TiO₂的负载量与溶液中H+浓度有很大关系.     

单斜相片状纳米TiO2的合成和表征

采用一种新方法合成了单斜相TiO₂纳米片, 该方法主要包括钛酸纳米片的制备和随后的焙烧两个过程. 首先将自制的锐钛矿粉体TiO₂放入10 mol/L NaOH溶液进行水热反应, 随后在超声波作用下用酸洗涤其固体产物得到钛酸纳米片. TEM结果显示钛酸纳米片的尺寸随着水热反应温度(150~200℃)的升高而变大. 较高温度(180~200℃)下的水热反应生成的钛酸纳米片在400~500℃焙烧后可以转变成具有一定光催化活性的单斜相TiO₂(B)纳米片, 但在较低水热反应温度(150℃)下生成的钛酸片状产物在400~500℃焙烧后却转变为锐钛矿TiO₂纳米颗粒.     

可见光诱导TiO2光催化的研究进展

TiO₂具有稳定性好、光效率高和不产生二次污染等特点, 被认为是最有应用前景的光催化剂. 通过金属及非金属掺杂改性的方法可以将只能UV光激发的TiO₂光催化反应红移到可见光区域进行, 也可以利用表面络合或染料敏化的途径实现可见光光催化反应. 本文介绍了国内外在可见光TiO₂光催化研究方面的最新进展.     

热液法低温制备纳晶TiO2多孔薄膜电极

用钛酸四丁酯前驱体与纳晶TiO₂颗粒组成的浆液通过简单便捷的热液法在低温下成功制备了纳晶TiO₂多孔薄膜电极. 钛酸四丁酯水解生成的锐钛矿型TiO₂将纳晶TiO₂颗粒之间以及颗粒与导电基底之间牢固连接起来, 形成高度多孔、机械性能稳定的纳晶多孔薄膜. 用导电玻璃及柔性导电基底上制备的这种纳晶多孔薄膜电极组成染料敏化太阳能电池, 在100 mW/cm²光照条件下, 光电转换效率分别达到4.8%和1.9%.     

染料敏化太阳能电池中聚合物电解质的优化

用纳晶TiO₂及离子液体1-甲基-3-丙基咪唑碘盐两种功能添加剂对PEO聚合物准固态电解质进行优化, 提高了电池的光电性能. 用(PEO)₈︰LiI︰TiO₂︰IE︰I₂ = 3︰3︰3︰7︰1(摩尔比)的电解质组装电池, 在100 mW/cm²光强下电池光电转换效率达到3.2%, 与无功能添加剂的电解质相比, 光电转换效率提高8倍. 电解质体系的电导率研究表明, 电池光电性能的提高与体系电导率的增大密切相关.     

辣根过氧化物酶在MnO2纳米片薄膜中的直接电化学与电催化行为

采用新型纳米材料MnO₂纳米片作为固定辣根过氧化物酶(HRP)的载体, 制备了HRP/MnO₂纳米片修饰的玻碳电极(GCE). 在MnO₂纳米片薄膜中, HRP能够实现有效的直接电子转移, 在pH 6.5的磷酸缓冲溶液中, 修饰电极的循环伏安曲线上显示出一对可逆的氧化还原峰, 式量电位为-0.315 V (vs. Ag/AgCl). HRP在MnO₂纳米片/GCE表面的电子转移速率常数为6.86 s^-1. HRP/MnO₂纳米片/GCE的式量电位(mV)在pH 4.0~8.0范围内与溶液pH值成线性关系, 其斜率为-53.75 mV·pH^-1, 表明电极反应在发生一个电子转移的同时还伴随一个质子的转移. 修饰后的电极对H₂O₂有良好响应, 响应时间小于3 s, 在信噪比为3时, 最低检出限为0.21 μmol·L^-1.     

TiO2纳米管薄膜的制备及其光散射性能

采用超声水热联合的方法, 用商品P25为原料制备出直径10 nm, 长600 nm的TiO₂纳米管, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、电子衍射(SAED)和透射电子显微镜(TEM)对产物进行表征. 用TiO₂纳米管制作薄膜电极并研究其光散射性能, 结果表明TiO₂纳米管可以作为染料敏化太阳能电池中薄膜工作电极内的光散射中心, 增大光能的吸收. 掺有10%小颗粒的纳米管薄膜电极具有强的光散射性能和良好的机械性能, 可用做高效率染料敏化太阳能电池的工作电极.     

[FePt/Ag]10多层膜的结构和磁学性能

采用磁控溅射在玻璃基片上制备了[FePt/Ag]₁₀纳米多层膜. 经550℃, 30 min真空退火后, [FePt/Ag]₁₀多层膜的矫顽力显著增大. [FePt/Ag]₁₀多层膜的磁学性能受Ag体积百分含量的影响, 多层膜中含25%的Ag可以得到最大矫顽力. 剩磁曲线分析表明, 在Ag含量相等的[FePt/Ag]₁₀多层膜中, 较薄的磁性层有利于减小晶粒间交换耦合作用. X射线衍射结果表明, Ag层厚度为5 nm时, FePt (001)峰强度明显增大. 通过磁黏滞系数法可以得到10^-24 m³的磁反转体积, 说明所设计的[FePt/Ag]₁₀多层膜可以满足超高密度磁记录对介质的要求.     

丝网印刷纳晶多孔TiO2薄膜电极的制备

应用丝网印刷技术制备TiO₂多孔薄膜电极, 采用了不同的印刷胶体, 胶体中的主要成分TiO₂来自商品P25粉末, 各种胶体组成简单, 电极制备前后不需任何化学处理, 在TiO₂固含量及膜厚较低的情况下, 电池的光电转换效率可达5.81％~6.70％, 实验的重复性好, 所制薄膜的性质均匀、牢固.     

单晶结构四氧化三铁纳米片的大面积生长

通过金属铁片与酒石酸钠(C₄H₄O₆Na₂)在140℃水热反应12 h, 在金属铁片上原位大面积生长出了Fe₃O₄纳米片. 采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜对产物进行表征. 结果表明, 所制备的Fe₃O₄纳米片为单晶立方相结构, 其尺寸范围为1.2 µm×1.4 µm ~ 4.0 µm× 4.2 µm, 厚度约为 60 nm. 通过改变溶液中碱的浓度可实现不同尺寸纳米片的可控合成. 研究了酒石酸钠在Fe₃O₄纳米片的形成过程中的作用, 提出了可能的生长机理.     

纳米MgO的可控制备及其对B. niger的杀灭性能

以Mg(NO₃)₂·6H₂O, 无水Na₂CO₃, 无水Na₂SO₄, 尿素和氨水为原料, 采用不同方法制备了不同粒径的纳米MgO. 用所合成的纳米MgO对B. niger (枯草杆菌黑色变种芽孢)进行了杀菌实验并与常见的光催化杀菌材料TiO₂进行比较. 通过XRD, TEM, BET和FT-IR手段对样品进行测试和表征, 结果表明, MgO的杀菌能力随粒径减小而增大. 与纳米TiO₂相比, 纳米MgO及以纳米MgO改性的内墙涂料, 无论实验过程光照与否, 对B. niger均表现出更好的杀灭活性. 对MgO杀菌机理进行初步探讨, 表明MgO极易水合, 使粉体表面包覆一层OH^-, 利于高浓度O₂^-的存在, 而强氧化性的O₂^-离子破坏了B. niger细胞壁的肽键, 从而起到杀菌作用.     

负载纳米二氧化钛的弥散光纤在光催化废水处理中的应用

采用SiO₂及TiO₂的双层膜结构将锐钛矿型TiO₂负载在新型透紫外光型弥散光纤上. 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)照片表明双层膜与弥散光纤的结合性很好, 而且负载的TiO₂膜比较均匀、平整. 负载TiO₂的单根弥散光纤对活性艳红X-3B的光催化降解结果表明, 弥散光纤的侧面散射紫外光强能够激发TiO₂发生光催化氧化反应. 负载TiO₂的新型透紫外光型弥散光纤为光纤型反应器在光催化废水处理中的应用开拓了新思路.     

纳米TiO2膜对水中微量微囊藻毒素的光催化降解

富营养化水体中的微囊藻毒素是一种传统净水技术难以去除的致癌毒素. 研究了低光强辐照条件下, 溶胶凝胶法制备的纳米TiO₂薄膜光催化降解水中微量微囊藻毒素Microcystin-LR. 固相萃取结合高效液相色谱方法的分析结果表明: 自然条件下浓度水平的Microcystin-LR (μg/L)能够有效地被光催化氧化分解, 降解受到pH值、毒素初始浓度和光照强度的影响. pH 4左右时降解速度最快, 辐照强度为400 μW/cm2条件下120 min内浓度为20 μg/L的毒素的降解率达到95%. 采用Langmuir-Hinshelwood机理研究了微量Microcystin-LR的光催化降解, 降解模式符合准一级动力学方程. 在pH 6.7和辐照强度为400 μW/cm²条件下, 浓度为20 mg/L的毒素的准一级降解速率常数和半衰期分别为0.0157 min^-1和44 min. 在200~1000 μW/cm²的UVA光照变化范围内, 降解速率随辐照强度的0.82次幂值增长, 相应表观量子效率为5.19×10^-8 g/J.     

Grätzel电池用TiO2致密膜的制备和表征

选择钛酸四丁酯-石油醚溶液体系, 使用浸涂、烧结方法制备了致密TiO₂薄膜. 利用X射线光电子能谱(XPS)测试了薄膜的组成, 并用原子力显微镜(AFM)研究了制备工艺对表面形貌的影响. TiO₂致密膜的透射光谱表明, 该薄膜在可见光区有很好的透过率. 利用该种致密TiO₂膜, 制备了固态Grätzel电池, 其光电特性表明, 所制得的致密膜起到了很好的阻隔导电基底和空穴传输层的作用.