锐钛矿型TiO_2纳米管的离子液体辅助水热合成及紫外光催化活性

在离子液体[Bmim]OH辅助的水热条件下合成了结晶度较好的偏钛酸纳米管,经470℃煅烧2 h,可转变为锐钛矿型TiO2纳米管.对产物的物相、形貌和比表面积等进行了表征.结果表明,锐钛矿型TiO2纳米管的比表面积约为355 m2/g,主孔径约为25 nm.锐钛矿型TiO2纳米管和偏钛酸纳米管均呈现出明显的紫外光催化降解对氯苯酚的活性,锐钛矿型TiO2纳米管的降解效率约为44%(1 h).离子液体的加入不仅可扩大水热合成的温度范围,且有助于提高偏钛酸纳米管的结晶度.     

Ag@AgCl修饰的锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其光催化性能

首先采用水热合成法和双氧水处理制备了具有锐钛矿相的TiO2纳米管,然后通过沉淀和光化学反应将Ag@AgCl纳米粒子负载于其上,从而制得TiO2纳米管负载的表面等离子体光催化剂.结果表明,经Ag@AgCl纳米粒子修饰后,锐钛矿相TiO2纳米管因表面等离子共振效应而对可见光具有明显的响应,光生电子-空穴对更容易分离,因而T...     

宽电压范围下阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列及其热稳定性

采用电化学阳极氧化技术,以含有NH4F和H2O的甘油溶液为电解液,在宽氧化电压范围(20~100V)下于纯钛表面制备了结构高度有序的TiO2纳米管阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)考察了阳极氧化工艺(氧化电压、NH4F浓度、环境温度、水分含量等因素)及退火处理对纳米管形貌的影响;采用X射线衍射分析(XRD)表征了不同氧化电压和退火前后TiO2纳米管阵列的物相;并从电流-时间曲线出发简要地分析了纳米管阵列的形成机理。结果表明,纳米管的内外径和管长随氧化电压的增大而增大;NH4F浓度和环境温度对纳米管形貌有一定的影响;水分含量的多寡决定了能否在高电压下自组装形成纳米管阵列;TiO2纳米管阵列具有良好的热稳定性,管状形貌可以保持到700℃;直接制备的TiO2纳米管阵列均为无定型结构,经450℃退火处理后,无定型的TiO2纳米管转变为锐钛矿相,而600℃退火处理后,部分锐钛矿相转变为金红石相。     

TiO2纳米管与纳米线的制备及光电化学研究

利用钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaOH反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线.在170℃,48 h的条件下合成了TiO2纳米管.在180℃时得到另一种一维的TiO2纳米线.并用XRD,SEM,SAED,EDS及HRTEM等分析手段对两种产物的成分、形貌、结构进行表征.对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究.结果表明,TiO2纳米管与纳米线为锐钛矿型和金红石型的混晶结构.TiO2纳米管单色光的光电转化效率达到10.38%.与钛酸盐纳米管相比,混晶结构TiO2纳米管显示出优良的光电转化性能.     

纳米TiO_2的电化学嵌锂研究

应用苛性钠水热法制备粒度均匀、分散性好、质子钛酸盐纳米管(直径约10～15nm).经加热烧结脱水后,该纳米管逐渐转变成具有锐钛矿相结构的纳米柱(直径约15～20nm).初步研究表明,这种具有锐钛矿相结构的纳米柱,其电化学可逆嵌/脱锂容量较高,但循环稳定性还有待改进提高.     

水热法制备铂掺杂二氧化钛及其可见光催化性能

以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法制备了Pt掺杂TiO2样品.水热反应过程中,纳米管钛酸表面羟基与氯铂酸发生酸碱中和反应,导致反应后pH值升高;在130°C开始纳米管钛酸晶体结构由正交晶系转变为锐钛矿相TiO2.表面化学组成分析表明,掺杂的Pt主要以+2价形式存在.以丙烯为模型污染物,评价样品的可见光(λ≥420nm)光催化活性.结果表明,Pt-TiO2具有明显的可见光光催化降解丙烯的活性,其中160°C水热处理制得的Pt-TiO2活性最高.最后讨论了低温水热法Pt掺杂的形成机理及Pt-TiO2具有可见光响应的原因.     

NH4F/H3PO4体系中阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列

以价廉的Ni板代替常用的Pt片为阴极,纯钛为阳极,采用电化学阳极氧化法在NH4F-H3PO4体系中制备出TiO2纳米管阵列.详细研究了制备参数(溶液酸度、氟离子浓度、外加电压和氧化时间)对所获纳米管阵列形貌的影响.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)对样品的形貌和晶相结构进行了表征.在最优化的条件下,可以获得形貌规整、表面干净、有序的TiO2纳米管阵列.纳米管阵列的平均管径为60 nm.管长约530 nm.采用阳极氧化法制备的纳米管阵列是非晶态的.经400℃热处理2 h后,可以转变为锐钛矿相.实验结果还发现,经过热处理后,纳米管阵列变得更为有序,管径扩大至约95 nm.     

N掺杂纳米TiO2可见光催化氧化丙烯的动力学行为

通过在不同温度的氨气气氛中处理纳米管钛酸(NTA)制得具有可见光响应的氮掺杂纳米二氧化钛. X射线衍射(XRD)谱表征结果显示, 当温度高于400 ℃时, 样品由正交晶系向锐钛矿相转变, 700 ℃处理得到的样品除了锐钛矿相TiO2外还有TiN 新相存在; 紫外-可见扩散漫反射(DRS)结果表明, 氮掺杂纳米TiO2在整个可见光区都有明显的吸收. 不同波长可见光及不同气体流速的光催化氧化丙烯动力学研究表明, 活性最好的N掺杂纳米TiO2催化剂(600 ℃ NH3处理)对可见光的利用范围可扩展至500 nm, 低浓度丙烯光催化氧化反应为一级反应.     

TiO2纳米管阳极氧化制备机理及热处理对其影响

采用阳极氧化方法,在NH4F+H2O的乙二醇溶液体系下制备了TiO2纳米管列阵薄膜,建立了TiO2纳米管列阵薄膜的"电场诱导"生长模型。TiO2纳米管的管形结构形成与TiO2的半导体性质相关。纳米管表面吸附的纳米粒子与管壁间空间有关系。经过退火处理的纳米管管口由12~14个直径为25~35 nm的纳米颗粒团聚体组成,600℃时,纳米管结构已被破坏。经过300~600℃之间不同温度处理后的TiO2纳米管呈现锐钛矿晶态,比表面积随温度升高呈下降趋势。     

磷酸对TiO2纳米粒子光催化剂的改性

通过浸渍过程实现了磷酸对溶胶水热法合成的锐钛矿相TiO2纳米粒子的改性.重点研究了磷酸修饰对纳米锐钛矿相TiO2的热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,磷酸修饰显著地提高了纳米锐钛矿相TiO2热稳定性,甚至经过800℃热处理后仍然具有以锐钛矿相为主的相组成.在光催化降解罗丹明B(RhB)过程中经过700℃热处理的磷酸修饰的样品表现出了优于商品P25-TiO2的活性.     

乙醇在碳修饰的二氧化钛纳米管负载的钯电催化剂上的催化氧化

 通过有机物分解碳化处理TiO2 纳米管制得了TiO2C, 并以其为载体制备了Pd/TiO2C电催化剂,考察了该催化剂对碱性介质中乙醇电催化氧化的活性. 结果表明,碳化导电处理的TiO2C纳米管载体能有效改善催化剂中贵金属的分散度和电极结构,从而提高催化剂的电催化活性. 对催化剂活性组分的优化实验表明, Pd/TiO2C质量比为1/1时催化剂的活性最高. 在1 mol/L KOH溶液中Pd载量均为0.3 mg/cm2的条件下, Pd/TiO2C催化剂对乙醇氧化的催化活性是Pd/C催化剂的3.8倍.     

纳米晶二氧化钛光声与表面光伏特性

利用溶胶-凝胶法制备二氧化钛纳米晶粉末. 结合光声和表面光伏技术对样品表面态性质和光诱导电荷输运特性进行研究. 结果表明, 纳米晶TiO2样品在波长为380 nm 处出现的表面光伏响应与锐钛矿型TiO2的表面电子结构有关, 属于带鄄带电荷转移跃迁;随着样品粒径的减小, 在2.38 eV 能级处形成一个具有明显受体特征的表面电子态; 依据样品光声效应和表面光伏效应之间的能量互补关系发现, 尽管随着样品平均粒径的减小无辐射跃迁产生的光声信号增强, 但是适当提高样品中金红石的相对含量, 可以显著减少样品表面无辐射跃迁的成分, 提高光量子效率.     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管及其光催化性能

纳米TiO_2对诸多环境污染物有显著的光催化降解作用,光催化已发展成为新型环境污染治理技术.本文采用阳极氧化法制备出TiO_2纳米管,对比了四种电解液组成(A氟化铵+硫酸铵+水;B氟化铵+硫酸铵+乙酸+水;C氟化铵+硫酸铵+甘油+水;D氢氟酸+二甲基亚砜(DMOS)+乙醇)对催化剂表面形貌及光催化性能的影响.结果表明,电解液A和C都制备出了形貌清晰的TiO_2纳米管,管径约为60～74 nm.样品经400℃煅烧,TiO_2晶型主要为锐钛矿相;经500℃煅烧,出现少量金红石相;经700℃煅烧,晶型全部为金红石相.具有良好形貌的TiO_2纳米管同时具有良好的紫外光吸收能力.当亚甲基蓝初始浓度为10mg·L~(-1),经500℃煅烧的TiO_2纳米管光催化活性最佳,光照30 min亚甲基蓝的降解率达89.98%.亚甲基蓝光催化降解反应符合一级反应动力学,反应速率常数为0.079 30.     

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列的研究

采用电化学阳极氧化法,将纯钛浸入HF酸水溶液,在钛基体表面原位构建高度有序的二氧化钛纳米管阵列,探讨阳极氧化电压、电解液浓度和电解液温度等对二氧化钛纳米管阵列尺寸和形貌的影响。通过SEM、XRD对二氧化钛纳米管阵列的结构特征进行表征,结果表明,不同的阳极氧化电压、电解液浓度和温度都将影响TiO2纳米管阵列的尺寸和形貌,在阳极氧化电压为20V,HF电解液浓度为0.5%t条件下,可制备出结构规整有序的TiO2纳米管阵列。     

二氧化钛纳米管阵列的构建及其光电催化性能

利用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列, 研究了其光电化学性能, 并且应用该电极对偶氮染料催化降解进行了初步研究.     

TiO_2一维纳米材料及其纳米结构的合成

本文对合成TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列的阳极氧化法、模板法以及水热法进行了全面而系统的评述,着重介绍了它们的最新研究进展。阳极氧化法能制备牢固负载于基体上的TiO2纳米管阵列,这有助于构筑TiO2纳米结构及其在纳米器件上的应用;与多种制备技术如溶胶-凝胶工艺、电化学沉积以及原子层沉积等相结合,模板法可以合成出多种形貌的TiO2纳米材料如纳米管、纳米线和纳米棒,并且可以通过改变所用模板的微观尺寸来调控TiO2一维纳米材料及其有序阵列的微结构参数;水热合成法可以制备出直径小且比表面积大的TiO2纳米管粉末。从目前来看,该法还不能制备出牢固负载于基体上的有序纳米阵列。文章最后指出了TiO2一维纳米材料及其有序纳米阵列合成中存在的问题及今后发展方向。     

Robust S-doped TiO2@N,S-codoped carbon nanotube arrays as free-binder anodes for efficient sodium storage

Titanium dioxide(TiO_2) has been investigated broadly as a stable,safe,and cheap anode material for sodium-ion batteries in recent years.However,the poor electronic conductivity and inherent sluggish sodium ion diffusion hinder its practical applications.Herein,a self-template and in situ vulcanization strategy is developed to synthesize self-supported hybrid nanotube arrays composed of nitrogen/sulfur-codoped carbon coated sulfur-doped TiO_2 nanotubes(S-TiO_2@NS-C) starting from H_2 Ti_2 O_5-H_2 O nanoarrays.The S-TiO_2@NS-C composite with one-dimensional nano-sized subunits integrates several merits.Specifically,sulfur doping strongly improves the Na~+ storage ability of TiO_2@C-N nanotubes by narrowing the bandgap of original TiO_2.Originating from the nanoarrays structures built from hollow nanotubes,carbon layer and sulfur doping,the sluggish Na~+ insertion/extraction kinetics is effectively improved and the volume variation of the electrode material is significantly alleviated.As a result,the S-TiO_2@NS-C nanoarrays present efficient sodium storage properties.The greatly improved sodium storage performances of S-TiO_2@NS-C nanoarrays confirm the importance of rational engineering and synthesis of hollow array architectures with higher complexity.     

Core-shell structured 1,4-benzoquinone@TiO_2 cathode for lithium batteries

Organic carbonyl compounds are considered as promising candidates for lithium batteries due to their high capacity and environmental friendliness. However, they suffer from serious dissolution in the electrolyte, leading to fast capacity decay. Here we report core-shell structured 1,4-benzoquinone@titanium dioxide(BQ@TiO_2) composite as cathode for lithium batteries. The composite cathode can deliver a high discharge capacity of 441.2 mA h/g at 50 m A/g and a high capacity retention of 80.7% after 100 cycles. The good cycling performance of BQ@TiO_2 composite can be attributed to the suppressed dissolution of BQ,which results from the physical confinement effect of TiO_2 shell and the strong interactions between BQ and TiO_2. Moreover, the combination of ex situ infrared spectra and density functional theory calculations reveals that the active redox sites of BQ are carbonyl groups. This work provides an alternative way to mitigate the dissolution of small carbonyl compounds and thus enhance their cycling stability.     

多壁碳纳米管修饰的CdS/TiO2复合光催化材料的制备及其光解水制氢特性

以P25 TiO₂(德国Degussa化学公司)粉末为原料采用溶胶-凝胶法制备了含有不同CdS质量分数的复合光催化剂,利用多壁碳纳米管(MWCNTs)对CdS/TiO₂进行修饰,制备了一系列不同CdS含量的MWCNTs/CdS/TiO₂光催化材料。对所得的光催化剂进行了扫描电镜、低温氮吸附-脱附及光解水制氢活性的表征。研究了MWCNTs对CdS/TiO₂催化剂体系光解水制氢活性的影响。结果表明,MWCNTs的引入均使得光解水产氢量(14.0 μmol)增加,与未加入MWCNTs的复合光化剂产氢量(11.6 μmol)相比,平均产氢率增加了18%,最高可达21%。     

Optimization of Active Sites via Crystal Phase,Composition, and Morphology for Efficient Low-Iridium Oxygen Evolution Catalysts

Reducing the amount of iridium in oxygen evolution electrocatalysts without compromising their catalytic performances is one of the major requirements in proton-exchange-membrane water electrolyzers. Herein, with the help of theoretical studies, we show that anatase-type TiO₂-IrO₂ solid solutions possess more active iridium catalytic sites for the oxygen evolution reaction (OER) than IrO₂, the benchmark OER catalyst. Note that the same is not observed for their rutile-type counterparts. However, owing to their thermodynamic metastability, anatase-type TiO₂-IrO₂ solid solutions are generally hard to synthesize. Our theoretical studies demonstrate that such catalytically active anatase-type solid-solution phases can be created in situ on the surfaces of readily available SrTiO₃-SrIrO₃ solid solutions during electrocatalysis in acidic solution as the solution can etch away Sr atoms. We experimentally show this with porous SrTiO₃-SrIrO₃ solid-solution nanotubes synthesized by a facile synthetic route that contain 56 % less iridium than IrO₂ yet show an order of magnitude higher apparent catalytic activity for OER in acidic solution.