纳米尺度TiO2微粒多孔膜电极光电化学

用光电流作用谱、光电流-电势图和瞬态光电流谱等光电化学方法研究了TiO2多孔膜电极在含不同氧化还原体系的电解质溶液中的光电转换过程.结果说明TiO2多孔股为n-型半导体，其禁带宽度为3.26eV.当在电解质溶液中加入醌二苯酸（BQ／HQ），TiO2多孔膜电极的光电流作用谱形基本与没加氧化还原对时类似。在可见光区的光电流拖尾是由于醌被光激发，然后给出电子到TiO2多孔膜导带而产生阳极光电流.而在电解质溶液中加入Fe（CN）3-6-／4-时，TiO2多孔膜电极的光电流作用谱有明显的改变.除了在小于380nm短波区有光电流峰外，还在400-600nm的可见光区观察到宽的光电流峰，大大增加了光电流转换效率.同时在小于-0.2V下为阳极光电流，在-0.2V～0.3V电势区间为明显阴极光电流，在大于0.3V下可观察到较弱的阳极光电流.当电极电势大于-0.2V时，光电流瞬态谱在开始光照时有一阴极瞬态光电流尖峰，然后转变为阳极稳态光电流.这是因为当电极电势较负时，Fe（CN）4-6与TiO2的电子传递络合物可以吸收光子，光生电子迅速注入TiO2导带，然后还原溶液中的而产生阴极光电流.     

TiO2纳米晶多孔膜的电荷传输特性

用光电流作用谱、瞬态光电流、循环伏安及线性电位扫描法研究了TiO2纳米晶／纳米多孔膜电荷传输特性．结果表明TiO2纳米多孔膜的电荷传输与块体半导体不同．TiO2纳米晶电极的能带不弯曲，电子在导带中可向两个方向流动，电子既可以流向电极内部经由外电路输出．也可以流向电解质溶液被溶液中的受主捕获．在TiO2纳米多孔膜电极中，不仅在负电位区能带边随电位变化，而且在正电位区能带边随电位变化而移动，即带边不钉扎。加入合适的施主可提高光电转换效率．加入受主则在电极溶液界面引起电子的严重损失，降低光电转换效率．     

藻胆蛋白的Langmuir-Blodgett膜——Ⅰ.R-藻红蛋白单分子膜及蛋白构象变化的研究

测定了R-藻红蛋白(R-PE)在气/液界面上的表面压-面积曲线(tt-A等温线),结果表明R-PE具有很好的成膜性能,且由n-A等温线求得的单分子占有面积与R-PE以盘状形态“平躺”于液面上时的分子占有面积相同。R-PELB膜的透射电子显微镜(TEM)图象和椭圆偏振关于R-PE单分子膜厚度的测定,说明R-PE分子在基片上的取向是其盘平面与基片表面平行。根据这些依据,提出了R-PE单分子膜的结构。将R-PE在气/液界面上形成的单分子膜在适当表面压下用LB技术转移到基片上,测得了蛋白累积单分子膜的吸收及荧光光谱,R-PE单分子膜的吸收和荧光光谱与其在水溶液中无显著差别。膜的CD光谱与R-PE水溶液的CD光谱比较说明,当R-PE成膜后其二级结构发生了变化,即蛋白的p-折叠片构象组分增加。     

含长链烷基吡啶卟啉LB膜的表征及光电性能的研究

两亲性卟啉 5 ,1 0 ,1 5 ,2 0 四 ( 4 十六烷基吡啶基 )卟啉溴化物 (TC16PyP)在气 液界面上具有良好的成膜性能 .用UV Vis光谱、荧光光谱和小角X射线衍射(LAXD)对该化合物LB膜的结构研究表明 ,制备的LB膜结构均匀、性能稳定 .采用双池双电极体系 ,通过由在SnO2 导电玻璃上制备的TC16PyPLB膜组成的光电池 ,研究了TC16PyP的光电化学性质 .实验结果表明 :由该化合物LB膜组成的光电池可产生较大和较稳定的光生光电流和光电势 ,利用这种LB膜制成的光电转换器件具有潜在的应用价值     

五甲川菁染料敏化p-NiO纳米结构电极的光电化学

研究了NiO纳米结构电极及五甲川菁染料敏化NiO纳米结构电极的光电化学行为。结果表明,NiO纳米结构电极在光照下产生阴极光电流,为p-型半导体,其禁带宽度为2.8eV,使用五甲川菁染料敏化可以显著地提高NiO纳米结构电极的阴极光电流,使NiO纳米结构电极吸收波长红移至可见光区,光电转换效率得到明显改善。研究了OTE/TiO~2/Ru(bpy)~2(SCN)~2和OTE/NiO/PMC作为光阳极和光阴极组成电池的电池特性,结果表明复合电池的光电压提高,但光电流的大小受光电流小的电极限制。     

五甲川菁染料敏化SnO_2纳光结构多孔膜电极的光电化学研究

研究了五甲川菁敏化SnO_2纳米结构电极的光电化学行为.结合循环伏安曲线图及五甲川菁的光吸收阈值,初步确定五甲川菁染料电子基态和激发态能级位置.结果表明,五甲川菁染料电子激发态能级位置能与SnO_2纳米粒子导带边位置相匹配,因而使用该染料敏化可以显著地提高SnO_2纳米结构电极的光电流,使SnO_2纳米结构电极吸收波长红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,IPCE值(单色光的转换效率)最高可达45.7％.     

含不同链长的三个卟啉LB膜修饰电极的光电响应研究

利用LB (Langmuir-Blodgett)技术将含不同链长的卟啉化合物(C4Py, C6Py和C8Py)单层膜转移到ITO (indium-tin oxide)导电玻璃上, 发现其具有良好的光电转换性质. 卟啉化合物修饰后的紫外吸收光谱与光电流工作谱重叠, 表明卟啉化合物起到了敏化光电流产生的效果; 而且电子给体、电子受体和偏压对其敏化效果的实验结果表明: 光诱导电子转移是产生光电响应的主要原因. 而且, 这三个卟啉化合物的光电响应性质与碳链长度相关, 其中含有六个碳链的C6Py表现出最佳的光电转化效果.     

纳米尺度TiO2／聚吡咯多孔膜电极光电化学研究

用光电流作用谱，光电流－电势图和ＵＶ－Ｖｉｓ光说研究了ＴｉＯ２／聚吡咯多孔膜电极在不含氧化还原对和含不同氧化还原体系电解质溶液中的光电转换过程。ＴｉＯ２／聚吡咯多孔膜电极双层ｎ型半导体结构，内层ＴｉＯ２多孔膜的禁带宽度为３．２６ｅＶ，外层聚吡咯膜的禁带宽度为２．２ｅＶ。     

直接热氧化制备氧化钛薄膜电极的研究Ⅱ.光电性能

采用电化学阻抗谱和光电响应等手段对在光照下热氧化制备的氧化钛膜的阻抗和光电性质进行了研究.结果表明,随氧化温度升高,界面电荷转移电阻减小,光电流逐渐增大,苯胺的光电催化速率降解增大.温度大于600℃后,电极的光电性能急剧降低.热氧化制备的氧化钛膜电极的结构、界面电荷转移电阻、光电流和光电催化降解苯胺的速率之间存在良好的相关性.     

细菌视紫红质LB膜在ITO电极上的光电化学性质

利用Langmuir-Blodgett技术,可在ITO导电玻璃上沉积出含有细菌视紫红质的紫膜碎片LB膜。紫膜LB膜与电解质相接触,可组成夹层光电池:ITO/bR/电解质/ITO.在可见光照射下,光电池表现出对光强变化所产生的微分响应电流信号,具有仿视觉特征。利用微分响应现象研制了光敏报警器。     

纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩多孔膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/聚3-己基噻吩(ITO/ P3HT)膜和纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩(TiO2/P3HT)复合膜的光电转换性质. 结果表明, P3HT膜的禁带宽度为1.89 eV, 价带位置为－5.4 eV. 在ITO/TiO2/ P3HT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. P3HT修饰ITO/TiO2电极可使光电流发生明显的红移, 从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率.     

锆表面氧化膜的光电化学研究

用光电化学方法研究了金属锆的表面初始氧化膜和线性电势扫描形成阳极氧化膜．光电流作用谱上的阳极和阴极光电流取决于电极电势,而与成膜和测量溶液基本无关．光电流作用谱和瞬态光电流响应说明锆表面氧化膜为双层结构,内层为ＺｒＯ＿２外层为ＺｒＯ＿２·（Ｈ＿２Ｏ）＿ｎ．光电流可以来自内、外层的光生载流子和基底金属的内光注入电子迁移至电极／溶液界面与溶液中的氧化还原对反应,光电流作用谱的分析给出了三个过程的光学间能值,分别为４．５ｅＶ、３．０ｅＶ和２．０ｅＶ．     

电解质对TiO2纳米管阵列膜光生阴极保护效应的影响

基于光电化学测试考察了光电解池中电解质(NaNO₃, NaCl, Na₂SO₄, Na₂S和NaOH)的种类和浓度对阳极氧化法制备的锐钛矿型TiO₂膜电极光电性能的影响, 并解释了其作用机理.结果表明, 电解质捕获空穴的能力顺序为Na₂S>NaOH>Na₂SO₄>NaCl>NaNO₃.Na₂S和NaOH在溶液中具有协同作用, 当两者组成混合溶液并且浓度均为0.5 mol/L时, 更有利于TiO₂膜光生电子-空穴对的分离和光电转化性能的提高.当0.5 mol/L NaCl溶液中的403不锈钢(403SS)与0.5 mol/L Na₂S+0.5 mol/L NaOH混合溶液中的TiO₂膜电极耦连时, 光照膜电极可使403SS的电极电位负移约650 mV, 具有良好的光生阴极保护效应.当切断光源时, 在该混合液中TiO₂膜也能对403SS起到一定的阴极保护作用.     

光电化学竞争法检测生物素

建立了光电化学系统竞争性检测生物素(Biotin)小分子浓度的方法。采用联吡啶钌[Tris(2,2’-bipyridine)ruthenium,Ru-bpy)]作为标记物,以氧化锡纳米颗粒为电极,草酸盐为电子供体还原标记物。在470 nm光激发下,联吡啶钌的外层电子吸收能量后由基态变为激发态,注入半导体氧化锡纳米颗粒电极的导带,形成光电流信号;草酸盐还原失去电子的联吡啶钌使其恢复初始状态,从而可以再次作为电子供体受激发产生光电流信号。在竞争性检测生物素(Biotin)浓度时,亲和素(Avidin)吸附到氧化锡纳米颗粒电极表面作为识别元件,在浓度大于0.5 g/L时能够达到最大的电极表面覆盖率。1μmol/L Ru-bpy-biotin与不同浓度Biotin组成的混合溶液与电极表面的Avidin发生亲和反应,光激发后检测光电流大小;当溶液中Biotin的浓度增加时,致使与电极表面Avidin结合的Ru-bpy-biotin量减少,在光照射下光电流信号降低。这一竞争性光电检测方法检测Biotin时,检出限为8μg/L。本方法可进一步扩展,应用于有机化合物的竞争性免疫检测。     

聚硫堇/过氧化氢光致电化学敏感界面的构建及其对葡萄糖氧化酶催化活性的测定

将具有光电活性的硫堇电聚合在光透电极的表面,制备了聚硫堇膜光电极,利用该电极同时具有光敏和电子受体的性能,使其与葡萄糖氧化酶对葡萄糖催化反应产生的电子供体(过氧化氢)发生光致电化学反应,通过检测由此产生的光电流实现对蛋白质催化活性的检测.本文探讨了聚硫堇/过氧化氢光致电化学敏感界面的响应机理,讨论了偏压、电解质溶液pH和底物浓度对光致电化学反应和测定葡萄糖氧化酶催化活性的影响.通过测定商品葡萄糖氧化酶的催化活性,验证了方法的可行性.应用该敏感界面检测蛋白质的催化活性不需要过氧化物酶,比光度法经济、简便和快速.     

纳米TiO2电极的特殊光电化学响应

应用涂膜法、电沉积法和溶胶-凝胶法制备纳米TiO2电极.实验发现,纳米TiO2具有特殊的光电化学响应,其光电流~电位变化出现光电流峰,这一特殊的光电化学性质乃与纳米半导体电极的纳米结构及其特殊的光诱导氧化还原反应机理密切相关.     

聚吡咯纳米阵列电极的光电化学

以多孔的铝阳极氧化膜(AAO)为模板制备了直径约为80 nm聚吡咯(PPy)纳米线的阵列电极, 并研究了它的光电化学响应. 结果表明, 在电极电位低于－0.1 V(vs Ag/AgCl)时出现的阴极光电流是由聚吡咯纳米线的p型半导体性质引起的, 其平带电位为－0.217 V. 聚吡咯纳米线的长度对光电流的影响较大, 最佳长度为42 nm. 这是因为在很短的聚吡咯纳米线阵列中PPy太少, 产生的光电流弱, 而在过长的聚吡咯纳米线阵列中光生电子在到达电极基底前易于与光生空穴复合而消失. 聚吡咯纳米线有可能作为纳米光电器件用于未来微器件系统.     

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。     

纳米结构ZnO/染料/聚吡咯光阳极的光电化学性质

用光电化学方法研究了染料RuL2 (NCS) 2 (L =2 ,2′ bipydine 4,4′ dicarboxylicacid) (简写为Dye)、聚吡咯 (PPy)敏化氧化锌 (ZnO)纳米晶电极以及用RuL2 (NCS) 2 和PPy复合敏化ZnO纳米晶膜电极的光电化学行为 .实验表明 ,ZnO/PPy纳米多孔膜电极为双层n 型半导体结构 .PPy和RuL2(NCS) 2 都可对ZnO纳米晶膜产生敏化作用 ,ZnO/RuL2 (NCS) 2 /PPy复合多孔膜电极产生的光电流远大于ZnO/PPy纳米多孔膜电极和ZnO/Dye多孔膜电极产生的光电流 .讨论了该电极的光生电子的机理 ,初步测定了ZnO/RuL2 (NCS) 2 /PPy电极作为光阳极的光电化学电池的工作特性曲线 ,测得该电池的光电转换效率为 1 .3% ,填充因子为 0 .75 .     

还原态聚苯胺的光电化学研究

本文研究了还原态聚苯胺修饰电极的光电化学。通过不同基底电极、饱和气氛、温度、扰动方法（光照电极、电极旋转、气体鼓泡搅拌溶液、顺电极表面向电解池滴加电解液等）对还原态聚苯胺电流响应的影响及光谱分析，首次发现还原态聚苯胺的光电流响应并不是由于其吸收可见或近红外光激发而引起的，光的作作是通过扰动电极表面，促进电解质溶液中溶解的氧气对聚苯胺的氧化，仪器为了维持恒电位将氧化了的聚苯肢再还原而产生光电流响应。