水热法制备TiO2-ZnO纳米棒分级结构及其光电性能研究

为了增加光电极光生电子传输通道并提高其光敏剂的负载能力,采用两步水热法制备了一种新颖的TiO_2-ZnO纳米棒分级结构。采用水热法在FTO导电玻璃基底上生长TiO_2纳米棒有序阵列膜,通过浸泡提拉在TiO_2纳米棒上包覆一层ZnO溶胶,经烧结形成ZnO种子层;再次采用水热法于TiO_2纳米棒上生长ZnO纳米棒,形成TiO_2-ZnO纳米棒分级结构,通过旋涂辅助连续离子反应分别在TiO_2纳米棒阵列和TiO_2-ZnO纳米棒分级结构中沉积光敏剂CdS纳米晶,形成CdS/TiO_2纳米棒复合膜和CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜。利用SEM,TEM,XRD、紫外-可见吸收光谱、瞬态光电流图谱等表征和测试手段,对样品的形貌、结构、光吸收和光电性能进行了表征和测试。结果表明,与单纯的TiO_2纳米棒阵列相比,TiO_2-ZnO分级结构可以沉积更多的CdS光敏剂,CdS/TiO_2-ZnO纳米分级结构复合膜的光吸收性能和瞬态光电流均明显优于CdS/TiO_2纳米复合薄膜。凭借优异的光电性能,TiO_2-ZnO分级结构在太阳电池光阳极材料中具有很好的应用前景。     

CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列的制备及其光电和光催化性能

CdSe是一种具有可见光响应的半导体材料,利用CdSe对TiO_2进行敏化有望使复合材料具有可见光吸收,有效促进光生电荷的分离.采用水热法在掺杂F的SnO2(FTO)导电玻璃表面制备金红石TiO_2纳米棒阵列,再采用连续离子层吸附反应法在TiO_2纳米棒阵列表面复合CdSe纳米颗粒,制得CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列,并对其进行了表征.实验结果表明,CdSe纳米颗粒敏化的TiO_2纳米棒阵列在可见光区有较强的光吸收,其光电流密度是TiO_2纳米棒阵列的10倍,对亚甲基蓝的可见光催化降解速率较亚甲基蓝的自降解和TiO_2纳米棒阵列分别提高了85%和75%.     

CdS/TiO2复合纳米管制备和光催化性能的研究

采用阳极氧化法在纯钛箔上制备TiO2纳米管,再通过连续离子层沉积法在TiO2纳米管上沉积CdS粒子,沉积3层CdS后,进行退火处理,退火后再沉积3层CdS.利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱对纳米管的形貌、物相结构和元素价态等特性进行分析.结果表明:经阳极氧化法制备的TiO2纳米管为锐钛矿结构,随后沉积的CdS同时出现了立方相与六方相晶格结构,400℃退火可以显著增加立方相CdS的结晶程度;纳米管中CdS粒子的直径均小于5 nm,CdS粒子由一大一小2个纳米粒子组成,大粒子由退火过程形成.光催化实验表明:经过退火处理的CdS/TiO2复合纳米管的可见光光催化能力约是未退火样品的3倍,说明退火处理可以有效提高TiO2可见光光催化能力.     

黑二氧化钛纳米管阵列的制备及其光电转化性能

采用阳极氧化法制备了二氧化钛(TiO_2)纳米管阵列,通过扫描电镜形貌表征对其制备工艺进行了研究。用高温氢化工艺制得黑TiO_2纳米管阵列,分别通过X射线衍射和紫外-可见光谱对其晶相结构和光吸收性能进行了表征。研究了黑TiO_2纳米管阵列的光电转化性能。研究结果表明:在电解液中水的体积分数为5%、阳极氧化电压为30 V和乙醇溶液中超声处理30 min的条件下,制得的TiO_2纳米管阵列规整有序、管壁光滑且管口干净。经高温氢化处理所制得的黑TiO_2纳米管阵列,对可见光的吸收明显增强。黑TiO_2纳米管阵列表现出了良好的光电转化性能,在施加相对于标准氢电极1.23 V的偏压时,其光电流密度可以达到1.258 m A/cm2。     

利用金纳米晶等离子共振效应实现量子点敏化太阳能电池的光电流增强（英文）

近年来,金、银、铜等金属纳米颗粒被广泛应用在光电器件中,这些金属颗粒自身特有的光散射效应或等离子共振效应可以用来增强光电器件中的光电流,但较少有研究能够在一维纳米线阵列体系中直接观察到这种光电流产生和增强的现象.本文通过水热反应制备了TiO2纳米棒阵列,通过柠檬酸钠还原HAuCl4 3H2O的方法制备了直径约20 nm的金纳米晶.为研究金纳米晶在量子点敏化太阳能电池中的光电流增强效应,构筑了ZnS/CdSe/CdS/TiO2核-壳结构的纳米线阵列化光阳极.在该量子点敏化太阳能电池体系中,通过简单地引入金纳米晶,短路电流从7.788 mA/cm2增加到8.574 mA/cm2,增强了约10%;整个器件的光电转换效率从1.66%增加到1.73%,增强了约4.2%.这种增强效应主要来源于金纳米晶受到激发后电子向ZnS/CdSe/CdS/TiO2光阳极注入所导致.为进一步证实该结论,通过原位反应使所制备的金纳米晶与TiO2纳米棒阵列复合,构筑了单一的Au/TiO2复合体系,在可见光照射下,清楚地观察到了光电流产生现象;而单一的TiO2在可见光照射下,并不能产生光电流.     

原位钼修饰TiO_2/BiVO_4异质结薄膜的制备及其光电化学性能

针对TiO_2可见光响应能力不足、BiVO_4光生电子空穴分离能力弱的问题,制备了一种基于钼原位掺杂BiVO_4修饰TiO_2纳米管的高性能Mo-BiVO_4/TiO_2异质结光阳极.实验结果表明,钼掺杂后异质结电极材料的吸收带边约510nm,光电流密度在1.23Vvs.RHE偏压下达到1.48mA/cm2,与未掺杂钼的TiO_2/BiVO_4光电极相比,Mo-BiVO_4/TiO_2光阳极的光电转化效率提高了近50%,光电流密度提高了近2.5倍,光转化效率在0.95Vvs.RHE偏压下提高了2倍,且电极的稳定性较好.     

旋涂辅助连续离子反应法制备CdS纳米晶及其光电性能

为了解决CdS传统制备工艺中连续离子吸附反应(SILAR)法存在的产物颗粒小、敏化层厚度不易提高的问题,将传统SILAR法中的浸泡吸附工艺改为旋涂工艺,采用全新的旋涂辅助连续离子反应法(S-SILR)制备CdS纳米晶颗粒,同时将新旧两种方法制备的CdS纳米晶分别沉积到ZnO纳米棒有序阵列中进行对比研究,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)、瞬态光电流等分析手段对产品形貌、结构、光吸收性能和光电转换性能进行了表征和测试。结果表明,利用S-SILR法制备CdS纳米晶光敏层更容易形成对ZnO纳米有序阵列的完全包覆;与传统的浸泡吸附法相比,改进后的旋涂法所得ZnO/CdS复合薄膜在可见光区的光吸收和光电转换性能更加优异。CdS沉积方法的改进对提高太阳电池制备工艺的可操作性及其光电转换性能有一定的指导意义。     

石墨烯/TiO_2复合材料的制备及其光催化性能的研究

利用超声法制备石墨烯/TiO_2光催化复合材料,通过XRD、SEM、紫外漫反射对合成的系列样品进行表征,结合光催化降解罗丹明B(RhB)实验得出最佳复合条件:复合比例为1∶40,超声时间为60 min,复合温度为200℃.通过5次重复利用实验得出石墨烯/纳米TiO_2复合材料具有可见光催化稳定性.通过对石墨烯/TiO_2光致发光光谱和不同捕获剂存在下石墨烯/TiO_2光催化降解染料实验的研究,表明在石墨烯/半导体氧化物可见光催化反应过程中·OH自由基起主要的光催化作用,空穴起辅助的催化作用.     

TiO_2纳米阵列管的制备及其光电转换性能研究

以阳极氧化法制备了高度有序的 TiO_2纳米阵列管.通过XRD、UV-Vis DRS、SEM等对样品结构、组成、形貌和光吸收性能进行了表征,表明制备的样品主要为锐钛矿型 TiO_2纳米管,管长约10mm、管径为90nm.在模拟太阳光下,通过测试样品光电流响应评价光电转换性能.考察阳极氧化电压、氧化时间、焙烧温度和时间等对样品光电流密度的影响.当氧化电压为40V,氧化时间为12 h时获得的前驱体通过焙烧温度为400℃,维持4 h后再升温到600℃并保温1h所得样品的光电流密度最大,为2.09m A/cm~2.     

CdS修饰金红石/锐钛矿混合晶相TiO_2双异质结薄膜的光催化性能研究

采用化学气相沉积法在Ti基上制备了金红石相TiO2纳米棒(A-TiO2 NRs),将其在低浓度的TiO2溶胶中浸泡后退火得到锐钛矿/金红石混合晶相TiO2核壳结构(A/R-TiO2 NRs).采用化学水浴沉积法在该结构表面修饰CdS纳米晶颗粒,得到CdS纳米晶粒修饰的锐钛矿/金红石混合晶相TiO2三元双异质结(CdS-A/R-TiO2 NRs)薄膜.将该纳米复合薄膜用做光催化剂在模拟太阳光照射下降解目标污染物甲基橙.实验结果表明,A/R-TiO2 NRs薄膜样品的光催化活性优于纯R-TiO2 NRs样品;而CdS-A/R-TiO2 NRs混合晶相双异质结薄膜的光催化活性有更显著的增强.     

大比表面积TiO_2纳米球的合成及其可见光降解Cr(Ⅵ)和双酚A的协同作用机理

以钛酸四正丁酯作为钛源,十八烷基胺为模板剂,采用溶胶凝胶法结合水热反应法合成了TiO_2纳米球,并考察了煅烧温度对TiO_2纳米球形貌的影响.结果表明,当煅烧温度为350℃时,所制备的TiO_2纳米球具有最佳形貌,且其比表面积可达159.878 m~2/g,约为目前商用TiO_2 P25(54.041 m~2/g)的3倍.另外,通过Cr(Ⅵ)和双酚A(bisphenol A,BPA)的可见光降解实验,对所制备的TiO_2纳米球的光催化性能进行了测试.结果表明,TiO_2纳米球在可见光条件下可有效降解水体中的Cr(Ⅵ)和BPA;此两种污染物的降解呈现协同效应,且TiO_2纳米球的比表面积决定了其光催化性能,在350℃煅烧条件下制备的TiO_2纳米球具有最优的光催化性能.     

石墨烯纳米复合物的制备及其可见光催化性能

采用水热法制备出TiO_2及其TiO_2/石墨烯纳米复合物,通过XRD、SEM、TEM等对材料晶型、TiO_2纳米颗粒在体系中的微观结构及分散状态进行了表征,利用紫外-可见漫反射谱对材料在可见光区的响应进行了研究,并通过在可见光照射下降解甲基橙溶液评价了TiO_2/石墨烯纳米复合物具有比纯TiO_2更高的光催化活性.结果表明,水热反应温度为200℃,反应时间为24h制备出的TiO_2/石墨烯纳米复合物具有最高的可见光催化活性,当TiO_2/石墨烯纳米复合物在12mg/L甲基橙溶液中的投入量为1g/L时,在3min内的降解率达99.9%.     

CdS光化学修饰介孔TiO_2及其增强的可见光催化活性（英文）

【目的】提高介孔TiO_2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TiO_2。用光化学修饰法将CdS掺进介孔TiO_2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~(-5)mol/L次甲基蓝(MB)为模型污染物,结果显示CdS/TiO_2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/TiO_2复合材料可增强其可见光催化活性。     

Ag-GO-TiO_2复合薄膜光催化降解双酚A

为改进TiO_2薄膜的光催化能力,采用溶胶-凝胶法制备氧化石墨烯(GO)掺杂TiO_2薄膜,并利用光化学沉积方法在GO-TiO_2薄膜表面沉积Ag纳米颗粒制备出Ag-GO-TiO_2复合薄膜.通过XRD、Raman、SEM、EDS、TEM和UVVis漫反射光谱对复合薄膜的晶体结构、表面形貌和光吸收范围等进行表征,并在紫外光照射条件下,进行复合薄膜光催化降解双酚A研究,以表征其光催化能力.结果表明:450℃退火后,TiO_2薄膜中仍保留有氧化石墨烯,薄膜表面沉积有Ag单质纳米粒子,且复合薄膜对紫外光吸收有所加强.紫外光照射30 min后,TiO_2薄膜、石墨烯掺杂物质的量比为3.2的GO-TiO_2薄膜和Ag-GO-TiO_2复合薄膜对双酚A溶液(质量浓度为50 mg/mL)的降解率分别为4.9%、16.7%和26.5%.研究表明在GO掺杂以及Ag纳米粒子沉积的共同作用下,TiO_2薄膜的光催化活性得到了有效提高.     

Au/CaTiO_3纳米复合材料的模拟太阳光光催化性能

采用聚丙烯酰胺凝胶法制备出CaTiO_3纳米颗粒,通过光还原法将Au纳米颗粒修饰在CaTiO_3表面,获得Au/CaTiO_3复合光催化剂.利用X射线粉末衍射技术(XRD)分析产物的物相,通过透射电子显微镜(TEM)观察样品的微观形貌,采用紫外—可见光分光光度计(UV-Vis)测试样品的漫反射光谱.在模拟太阳光的照射下,以罗丹明B(RhB)作为目标降解物,研究样品的光催化性能.结果表明:CaTiO_3颗粒表面沉积了粒径分布在6~13nm之间的Au纳米颗粒,在Au/CaTiO_3的漫反射光谱中发现了Au纳米颗粒表面等离子体共振吸收峰,Au纳米颗粒的修饰明显提升了CaTiO_3的模拟太阳光光催化活性.     

利用射线束在TiO2纳米管上负载铜颗粒及其光电性能研究

采用阳极氧化法在钛金属表面制备出致密有序的TiO2纳米管阵列,利用紫外光和电子束辐照沉积技术分别在其上沉积铜纳米颗粒以提高其光电性能.利用场发射扫描电镜观察两种不同技术制备的TiO2纳米管阵列负载纳米铜结构的表面形貌.研究比较了不同制备方法得到的样品在紫外光和可见光照射下的光电效应,并讨论不同浸泡溶液浓度对其光电性能的影响.     

硫化镉/石墨烯/TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

采用水热法在掺氟导电玻璃(FTO)上生长TiO_2纳米棒阵列。通过电化学伏安法将氧化石墨烯还原并沉积在TiO_2纳米棒阵列上,再经过化学水浴沉积硫化镉,形成Cd S/石墨烯/TiO_2阵列复合材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能量色散仪对样品的晶型、形貌以及成分进行分析。通过电化学工作站表征样品交流阻抗、开路电位、光电流响应及光化学能转换效率。结果表明,复合材料的电荷转移电阻约是未修饰的TiO_2纳米棒阵列的1/17,光电流比未修饰的TiO_2纳米棒阵列提高约2.5倍,在外加电压为-0.6 V时可达到2.2%。     

GaN/TiO_(2-x)异质结的制备以及氮化温度对其光电化学性能的影响

采用溶胶凝胶法,以硝酸镓为镓源、二氧化钛纳米粉末为钛源,制备出Ga_2O_3/TiO_2粉末材料。将样品置于不同温度下氮化,得到GaN/TiO_(2-x)粉末。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、荧光分光光度计(PL)、表面光电压谱仪(SPV)、电化学工作站等对样品进行表征和性能测试,研究了氮化温度对样品的物相组成、微观形貌以及光电性能的影响。结果表明,氮化温度越高,Ga_2O_3被氮化的程度越高,GaN的结晶度越好。700℃下氮化时,TiO_2保持原有状态,不发生相变和还原反应;当氮化温度达到750℃时,样品中的TiO_2开始逐渐被还原为TiO_(2-x),且随着温度的升高,二氧化钛被还原的程度增大,TiO_(2-x)量增多;从800℃开始,样品中几乎不含TiO_2.紫外-可见光吸收数据显示,700℃氮化的样品吸收范围最大,900℃氮化的样品带隙最窄,而吸光度则大致随着氮化温度的升高而增大。电化学测试结果表明,850℃氮化的样品导电性最好,载流子浓度最高,且分离效率高,在-0.8 V(vs.Ag/AgCl)偏压条件下,850℃和800℃氮化的样品瞬态光电流密度最高。     

具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列薄膜制备及性能测试

首先采用阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列,结合不同的电化学方法制备具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜。结果表明:电解液中加入酒石酸钾钠,采用循环伏安法和恒压沉积法都得到了分散性好,尺寸小而均匀分布的CdSe纳米颗粒。特别是采用循环伏安法制备CdSe/TiO_2纳米管阵列薄膜时,得到直径为15～20nm的立方相CdSe颗粒,且均匀地分布在TiO_2纳米管管内和管口,能够充分地利用TiO_2纳米管阵列的三维结构,形成具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜。光电性能结果表明测试,这种具有三维异质结构的CdSe/TiO_2纳米管阵列复合薄膜能够充分利用太阳光,并有效地促进光生载流子的分离和传输,呈现出最佳的光电化学性能。     

微量PVA衍生物改性纳米二氧化钛的可见光催化性能

为研究纳米复合材料的可见光催化活性和催化稳定性,用简易方法制备了具有共轭结构的聚乙烯醇衍生物(DPVA)改性的TiO_2基可见光催化剂,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(DRS)和X射线光电子能谱(XPS)等对DPVA/TiO_2纳米复合材料进行了系统的分析与表征。以罗丹明B为模型污染物,通过跟踪该类纳米复合材料存在条件下罗丹明B的可见光降解反应,考察可见光催化活性和稳定性。结果表明:微量的共轭聚合物DPVA附着在纳米TiO_2表面,没有影响其晶型和晶粒尺寸,但显著提高了纳米复合材料的可见光吸收能力和可见光催化活性;当PVA与TiO_2的质量比为1∶200时,复合微粒表现出最好的可见光催化活性;该类纳米复合材料具有较好的可见光催化稳定性;在该类可见光催化降解罗丹明B的反应体系中,催化活性中心主要为纳米复合材料内的光生空穴。