NiO/TiO2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能

本工作通过修饰TiO₂制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO₂纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO₂纳米管膜比较,NiO/TiO₂纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L^?1 KOH和1 mol·L^?1 CH3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm^?2,是纯TiO₂纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L^?1 NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5 h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

ZnSe/MoO_3/TiO_2复合膜的制备及其光生阴极保护效应

针对TiO_2半导体不能有效吸收可见光,光电转换效率较低等问题,可通过对TiO_2半导体进行修饰和改性,制备TiO_2复合材料,提高其光电化学性能。因此,本工作以Ti表面制备的TiO_2纳米管膜为基础,分别应用循环伏安电沉积法和脉冲电沉积法在膜表面先后沉积MoO3和ZnSe颗粒,获得具有级联能带结构的ZnSe/MoO3/TiO_2纳米管复合膜,并将其应用于对403不锈钢(403SS)实施光生阴极保护。相较于纯TiO_2纳米管膜,紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和光致发光(PL)谱测试表明,ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的吸收边红移,在可见光区具有良好的光吸收性能,光生载流子复合得到更有效抑制。光电化学测试表明,白光照射下,处于0.5 mol·L~(-1) KOH溶液中的ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的光电流密度达到了同条件下纯TiO_2膜的2倍,可使与之耦连的浸泡于0.5 mol·L-1 NaCl溶液中的403SS电极电位下降470 mV,显示出良好的光生阴极保护效应。复合膜还具有一定的储能特性,在光照后又转为暗态的22.5 h内仍对403SS具有一定阴极保护作用。     

臭氧氧化结合湿法喷淋对玻璃窑炉烟气同时脱硫脱硝实验研究

采用臭氧氧化结合湿法喷淋对模拟玻璃窑炉烟气开展了同时脱硫脱硝实验研究.采用不同溶液(NaOH、Na₂S)进行了喷淋实验.结果表明,保证溶液pH值在10以上,NaOH浓度对NO_x脱除效率无影响,SO₂的存在促进了NO_x吸收.当O₃/NO物质的量比为1.6、溶液NaOH浓度为0.5%时,NO_x脱除效率可达70%,SO₂脱除效率在99%以上.往喷淋液中添加Na₂S,NO_x脱除效率随Na₂S浓度增加而提高,SO₂的存在对NO_x脱除效率无影响.当O₃/NO物质的量比为1.2、溶液中NaOH浓度为0.5%、添加剂Na₂S浓度为0.6%时,NO_x脱除效率可达70%,SO₂脱除效率在95%以上.60 min长时间运行实验证明,模拟烟气中的NO_x经碱液和添加剂吸收后主要以NO^-₂的形式存在于喷淋液中,且NO_x脱除效率不随溶液pH值的变化而变化.     

纳米结构TiO2/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物复合膜电极光电化学性能

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCMT)膜电极和ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极的光电转换性质.结果表明,CTCMT膜为p型半导体,禁带宽度为2.36eV,价带位置为-5.52eV.在ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离.CTCMT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强,光电流起始波长红移至600nm以上,使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.     

基于PbS QDs/TiO2 NPs构建新型谷胱甘肽光电化学传感器

通过高温煅烧将二氧化钛纳米颗粒(TiO₂ NPs)修饰到ITO电极表面制成TiO₂ NPs/ITO电极, 再采用连续离子层吸附反应(SILAR)循环将硫化铅量子点(PbS QDs)修饰到TiO₂/ITO电极表面制得PbS QDs/TiO₂ NPs/ITO电极, 并将该电极应用于检测谷胱甘肽(GSH)的光电化学传感器. 在该传感器中, 当PbS QDs受470 nm可见光的激发时将产生电子(e)和光生空穴(h ⁺), 光生空穴可被溶液中的GSH捕获, 并将GSH氧化成GSSH, 有效避免电子和空穴的复合, 显著提高了光电效率. 该传感器对GSH的检测具有较高的灵敏度和选择性, 线性检测范围为0.06~1 mmol/L, 检出限(LOD)为4.6×10 ^-3 mmol/L(S/N=3).     

电沉积CdTe多晶薄膜光电化学电池的初步研究

采用电沉积工艺,在黄铜衬底上阴极电沉积多晶CdTe薄膜,并用它作为光电极,Cu₂S作为对电极,多硫氧化还原体系Na₂S+NaOH+S溶液为电解液制作光电化学电池,测量电池的J_sc、V_oc和I～V特性曲线并计算了效率和填充因子F_F,对影响电池效率的几种因素作了关联和讨论。     

水热法制备TiO_2纳米线薄膜的光生阴极保护性能

应用水热法在钛箔表面制备TiO2纳米线薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见分光光度法对薄膜进行表征,用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO2光生阴极保护性能.结果表明:薄膜由纵横交错的锐钛矿型TiO2纳米线组成,纳米线的直径约10nm.在150℃下反应6h生成的TiO2纳米线薄膜在0.3mol·L-1 Na2SO4溶液和0.3mol·L-1 Na2SO4+0.5mol·L-1 HCOOH混合溶液中对与TiO2薄膜耦连的403不锈钢均有良好的阴极保护效应.TiO2膜所在溶液中含有HCOOH时,可使耦连的403不锈钢在0.5mol·L-1 NaCl溶液中电极电位负移约545mV,界面反应电阻显著变小,表明电解质溶液加入HCOOH可以增强TiO2纳米线薄膜对403不锈钢的光生阴极保护效应.     

聚苯胺/膨胀石墨电极的制备及其用于聚合物半电池的研究

以膨胀石墨作为基底电极, 采用恒电位法合成了聚苯胺(PAn), 并探讨了在膨胀石墨基底电极上电聚合生成PAn的电化学条件. 结果表明: 聚合电位为0.8 V, 苯胺和硫酸的浓度分别为0.2和0.3 mol/L的条件下电聚合得到的PAn具有最佳的电化学活性. 分别以PAn/膨胀石墨和金属Mg为工作电极, 铂片为辅助电极, 饱和甘汞电极为参比电极组成三电极体系, 测定PAn/膨胀石墨和Mg在0.1 mol/L的NaNO₂, MgCl₂, Mg(NO₃)₂及磷酸盐缓冲液(PBS)等不同电解质溶液中的极化曲线, 实验结果表明电解液的种类对PAn的稳定性影响不大, 而Mg在0.1 mol/L NaNO₂溶液中的稳定性最高. 以PAn/膨胀石墨作为阴极, 金属Mg为阳极, 0.1 mol/L NaNO₂为电解液组装成Mg│NaNO₂│PAn电池, 并考察了基于该聚合物电极的电池在电流密度为30 mA•g^－1时的恒电流放电行为. 相比于其它电解液, 该电池在0.1 mol/L NaNO₂电解液中具有较高的开路电位(1.84 V)和放电比容量(0.19 Ah•g^－1).     

多硫电解质对CdS薄膜电池光电性能影响研究

在CdS薄膜的光电化学电池中,多硫电解质起着促进电子传递,减少电子空穴复合几率,从而提高电池光电转换效率的作用;但多硫电解质又会阻碍CdS薄膜对光的吸收。本文通过对CdS纳米管薄膜电池在含硫量不同的电解质中光电性能的考察,证明了0.5 mol/L Na2S、0.5 mol/L NaOH和0.5 mol/L S的液态电解质成分组合为本实验中制得的CdS纳米管薄膜光电化学电池的最佳电解质。     

有机染料敏化网状二氧化钛纳米纤维微孔膜太阳能电池研究

利用静电纺丝技术, 在TiO₂纳米粒子上电纺一层网状TiO₂纳米纤维微孔膜作为光散射层, 并在TiO₂纳米粒子中掺杂少量MgO以抑制电子和空穴的复合, 得到TiO₂纳米纤维/纳米粒子复合光阳极用于染料敏化太阳能电池. 将这种光阳极分别与有机三苯胺染料SD2, SD3或钌染料N719及鹅脱氧胆酸(CDCA)共敏化时, 在AM 1.5 (100 mW/cm²)的模拟太阳光照射下, 染料敏化太阳能电池的光电转换效率达到6.35%～8.85%. 同时, 使用半固态电解质可以达到液态电解质90%的光电转换效率.     

TiO2-V2O5纳米复合膜的制备及防腐蚀性能

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢表面构筑纳米TiO₂薄膜和“夹心”式TiO₂-V₂O₅复合薄膜（TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂）, 应用AFM和XRD表征膜的形貌及纳米颗粒的晶型. 结合光、电化学方法测试了复合膜在0.5 mol•L^-1 NaCl溶液(pH=4.6)中暗态或紫外照射条件下的防腐蚀性能. 结果表明, TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂复合膜具有双重保护功能, 即在紫外光照下可以起到光生阴极保护的作用, 特别是当停止光照后, 光生电位仍可维持在较低的电位长达6 h以上. 同时作为表面阻挡层, 可显著提高金属的耐腐蚀性.     

柔性不锈钢基底上一维TiO_2纳米线薄膜的制备及表征

采用直流磁控溅射的方法在柔性不锈钢基底(50μm)上沉积纯钛薄膜,后在NaOH碱溶液中经水热法制备了非钛基大长径比的一维TiO2纳米线薄膜,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及光电化学的方法对不锈钢基一维TiO2纳米线薄膜进行了表征.结果表明,纯钛薄膜的致密度、结晶性能以及与基底的结合强度均随衬底温度的升高而加强;在10mol·L-1NaOH浓度下,生长一维TiO2纳米线结构的适宜温度为130-150℃;TiO2纳米线长度达到几个微米,直径在10-30nm之间,并且相互交叉生长,构成一个三维网络结构.此外,在Na2SO4溶液中对TiO2纳米线薄膜进行了线性扫描和瞬态光电流测试,结果表明,一维TiO2纳米线薄膜电极较TiO2纳米颗粒电极表现出更优异的光电化学性能.这种磁控溅射与水热反应相结合的方法,为非钛异质基底上制备一维TiO2纳米线薄膜提供了新的思路.     

CdS超薄片层包覆TiO2中空结构复合材料的形成和应用

本实验以钛酸四丁酯为钛源,醋酸镉为镉源,利用静电纺丝的方法制备了直径~250 nm的电纺丝纳米纤维。通过高温煅烧和硫化钠溶液进行水热处理,得到CdS超薄片层包覆TiO₂中空结构的纳米纤维。推测该复合结构形貌的形成过程为:在Ti/Cd(摩尔比)为1:1和2:1时,由于CdO的含量较高,反应过程中CdO溶解,并与反应溶液中的S^2-形成CdS超薄片层生长在纤维的外表面,剩余的TiO₂纳米粒子聚集形成中空的纳米管状结构;而Ti/Cd(摩尔比)为4:1和8:1时,由于溶解的CdO较少不足以形成TiO₂纳米管,同时,生成的CdS也不足以完全包覆TiO₂纳米纤维形成非管状结构。当Ti/Cd为1:1时,TiO₂@CdS复合材料具有最好的产氢活性。在300 W氙灯光照条件下和加UVCUT-420 nm滤光片下,50 mg催化剂产氢速率分别为19.7 μmol/h和3.4 μmol/h,这主要是由于所得到的复合结构中TiO₂为非晶材料。进一步在惰性气氛下煅烧,也很难将TiO₂晶化。     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

The effect of CTAB on Na2SO4 nucleation in mixed Na2SO4/CTAB aerosols by FTIR-ATR technology

FTIR-ATR technology is used to study the efflorescence kinetic of Na_2SO_4 and mixed Na_2SO_4/CTAB aerosols.As the RH decreased linearly,the v_3-SO_4~2 band shifts from 1094 cm~1 to 1132 cm~1,suggesting the phase transition of Na_2SO_4 from solution to crystal phase(Ⅲ).For pure Na_2SO_4 aerosols,the ERH is 75.1%RH,whereas the efflorescence point of mixed Na_2SO_4/CTAB aerosols(74.2%) is lower.By further analysis of IR differential spectra,the ratio of Na_2SO_4 crystals in mixed aerosols is only 62.7%and the heterogeneous nucleation rate of Na_2SO_4 in Na_2SO_4/CTAB mixed aerosols is lower than that in pure Na_2SO_4 aerosols.They showed that CTAB assembled into reversed micelle and part Na_2SO_4 droplets are in the core to form core-shell structure,and CTAB shell prevents core Na_2SO_4 solutions from crystallizing.However,the counter ion Br for CTAB reversed micelle can interact with Na~+ ions,which decreases the crystallization rate of free Na_2SO_4 droplets and ERH is delayed.     

Ti表面修饰纳米TiO2膜电极的电催化活性

用电化学合成法在Ti表面修饰一层纳米TiO₂膜,TEM和XRD测试表明晶型为锐钛矿型,晶粒平均尺寸为25nm.用循环伏安法、循环方波伏安法和电解合成法研究了纳米TiO₂膜电极在硫酸介质中的氧化还原行为以及对硝基苯还原的电催化活性。结果表明,纳米TiO₂膜电极具有异相氧化还原催化行为,膜中的Ti(Ⅳ)/Ti(Ⅲ)作为媒质间接电还原硝基苯为对氨基苯酚,收率和电流效率分别达91.6%和95.2%.     

叶绿素敏化二氧化钛纳米管电极光电性能及其增强机理

为了研究叶绿素的敏化机理,本文以菠菜叶片叶绿素的乙醇浸提液敏化纳米管TiO_2电极,在Na2SO4水溶液电解液中测定其光电性能。敏化电极的光电流响应曲线显示,叶绿素浸提液敏化纳米管TiO_2电极时会显著改变电极的光电流值,而敏化Ti电极时则产生光电流极小。电极的循环伏安曲线则表明,叶绿素浸提液使电极上的氧化反应更容易发生。测定不同浓度的叶绿素浸提液敏化纳米管TiO_2电极的单色光光电转化效率(IPCE)图谱,结果表明,合适的叶绿素浓度(7.123~71.23μg/L)使电极IPCE平均增加2倍以上,但浓度增大至7123μg/L时,其敏化电极IPCE则明显降低;同时发现叶绿素的敏化作用未明显改变TiO_2电极IPCE图谱的特征谱峰位置。根据实验数据和结果,得出在水溶液中叶绿素改变纳米管TiO_2光电性能的机理,主要是通过叶绿素分子与TiO_2电极中的光生空穴发生反应,进而减少光生电子与空穴的复合,使电极有效光生电子数量增加,光电流密度增大,最终提高TiO_2电极的IPCE。