电喷雾沉积WO_(3)/Fe_(2)TiO_(5)复合光阳极及其光电催化水裂解性能北大核心CSCD

构建异质结是改善半导体光响应和载流子传输的有效途径之一。采取电喷雾沉积法,在掺氟的二氧化锡玻璃(FTO)上先后制备了WO_(3)和Fe_(2)TiO_(5)纳米结构薄膜,并研究了其作为光阳极的光电催化性能。薄膜表面复杂的微纳米结构有效地增加了对光的捕获能力和化学反应比表面积;二者在界面处形成的异质结有效地抑制了光生载流子的复合,加速了电荷的转移,提升了光电催化水裂解性能。在1.23 V和1.6 V(vs. RHE)处,其光电流密度相比纯Fe_(2)TiO_(5)电极分别提升了1.4和4.6倍。     

明嘉靖朝北京太庙改建规划方案生成之始末

近年来,基于BiVO_4光阳极的光电催化分解水技术引起人们的关注.我们通过水热-氨化法制备出Ni_3N纳米颗粒,首次将其作为助催化剂修饰到BiVO_4光阳极上光电催化分解水.实验表明, Ni_3N纳米颗粒成功负载到BiVO_4光阳极表面并可有效抑制表面电荷复合以及提高光电催化分解水性能.在1.23 V v. RHE处光电流密度可达3.23mA/cm~2.此外, Ni_3N/BiVO_4光阳极的最大值ABPE值达0.88%,并呈现出良好的稳定性.     

纳米α-Fe_2O_3-TiO_2改性海藻酸钠/壳聚糖双极膜制备与表征

在壳聚糖(CS)阴离子交换膜中添加纳米复合半导体材料α-Fe2O3-TiO2,制备了PVA-SA/α-Fe2O3-TiO2-CS双极膜(PVA:聚乙烯醇;SA:海藻酸钠),并用扫描电镜、热重分析、电子万能试验机和接触角测定仪等对其进行了表征。研究结果表明,添加纳米α-Fe2O3-TiO2可提高双极膜的亲水性、热稳定性和机械性能。纳米α-Fe2O3-TiO2复合半导体材料较纳米α-Fe2O3或纳米TiO2单一半导体材料具有更强的光催化双极膜中间界面层水解离能力,在高压汞灯照射下能大大降低双极膜的膜阻抗和膜电阻压降(IR降)。     

电化学阻抗谱法研究铈改性TiO2纳米管阵列光电极裂解水产氢动力学

通过阳极氧化法在纯钛板上制备TiO2纳米管阵列电极.在光电化学电解池阳极中加入供电子物质乙二醇,显著减小了TiO2纳米管的电荷传递阻抗,促进了光电催化裂解水产氢反应.采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了单质铈和氧化铈共同改性的TiO2纳米管阵列半导体光阳极,其平带电位向电负方向移动.采用电化学阻抗谱法(EIS)对改性后TiO2纳米管阵列在光电催化裂解水产氢中的电子传输性能以及界面性质进行了表征,确定了各阻抗弧对应的电极过程.采用合理的等效电路模型计算了电极的电子传输动力学参数.结果表明,经铈改性后的TiO2纳米管阵列膜电阻明显减小,有利于氢气的产生.探讨了单质铈与氧化铈促进TiO2纳米管阵列电荷传输的作用机理.     

超声喷雾法制备掺Zn和未掺Zn α-Fe_2O_3薄膜的研究

使用自制的超声雾化热裂解设备(UPS)成功地制备了掺Zn和未掺Zn的α-Fe2O3薄膜,并对其光电特性进行了较为系统的研究.XRD结果证实了所获得的薄膜为α- Fe2O3,AFM测试结果表明:薄膜致密,晶粒成沟壑状地生长,粒径在0.1 μm到0.2 μm之间.紫外-可见光谱实验发现Zn掺杂的α-Fe2O3薄膜吸收发生了"红移",带隙发生变化.XRD分析也证实Zn掺杂对Fe2O3的晶体结构有影响.Mott-Schottky测试的结果获得了UPS制备的n型α-Fe2O3薄膜的导带、价带电位,而Zn掺杂α-Fe2O3薄膜的导电类型由n-型转变为p-型,且它的价带、价带电位能够更适合氢和氧的析出.这说明了自制的UPS设备可以用于太阳光水解制氢半导体薄膜材料的制备.     

Ni3N修饰BiVO4用于光电催化分解水的研究

近年来,基于BiVO4光阳极的光电催化分解水技术引起人们的关注.我们通过水热-氨化法制备出Ni3N纳米颗粒,首次将其作为助催化剂修饰到BiVO4光阳极上光电催化分解水.实验表明,Ni3N纳米颗粒成功负载到BiVO4光阳极表面并可有效抑制表面电荷复合以及提高光电催化分解水性能.在1.23 V v.RHE处光电流密度可达3...     

Ni(OH)2量子点助催化剂修饰α-Fe2O3光阳极增强光电分解水性能

氢气具有无毒、能量密度高以及燃烧过程零污染等优点,被誉为是未来代替化石能源的优质新型能源载体.探索高效的、可持续的制氢技术对氢气能源发展至关重要.其中,光电化学水分解电池以太阳能作为驱动力将水分解成氢气和氧气,是解决能源和环境危机的理想途径之一.α-Fe2O3是一种窄带隙(～2.1 eV)半导体,可以吸收约40％的太阳光,同时具有天然丰度高、成本低等优点,是目前备受关注的光阳极材料.然而,由于α-Fe2O3空穴扩散距离短和表面产氧动力学慢等缺点,导致α-Fe2O3的光电分解水效率仍然较低.针对上述问题,目前主要通过掺杂、构建异质结和负载助催化剂等手段来改善其性能.其中,负载助催化剂可以有效降低水氧化活化能和促进表面电荷分离,是改善光阳极性能的有效手段.本文采用离子吸附和螯合剂调控水解两步法,将Ni(OH)2量子点(Ni(OH)2 QDs)原位生长于α-Fe2O3表面,成功构建了Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3复合光阳极.透射电子显微镜结果表明,Ni(OH)2以直径为3–5 nm的量子点附着于α-Fe2O3纳米棒表面,并形成独特且牢固的异质结结构.光电水氧化性能表明,所制备的Ni(OH)2 QDs/α-Fe2O3光电阳极表现出良好的光电性能,其光电流达到了1.93 mA·cm?2(1.23 V vs.RHE),是单纯α-Fe2O3的3.5倍,且Ni(OH)2 QDs助催化剂使α-Fe2O3的起始电位降低了～100 mV.2 h稳定性测试结果表明,Ni(OH)2 QDs助催化剂在提升α-Fe2O3光电水氧化性能的同时,自身能够保持良好的稳定性,这在Ni(OH)2作为光电水氧化助催化剂的研究中较为少见.通过电化学活性面积、开路电压、电化学阻抗谱、注入效率和强度调制光电流谱等表征了Ni(OH)2 QDs对α-Fe2O3光阳极和电解液界面电荷传输的影响.结果表明,Ni(OH)2 QDs不仅能充分暴露水氧化活性位点,促进载流子在界面快速迁移,而且能有效钝化α-Fe2O3表面态,从而降低光生电子-空穴表面复合几率.本文可为多功能和高效量子点助催化剂/半导体光阳极的构建及在光电分解水制氢方面的应用提供一定借鉴.     

静电喷雾法制备高效染料敏化太阳能电池的二氧化钛光阳极

TiO2光阳极膜是染料敏化太阳能电池（DSSC）的核心部件之一,它对电池的光电转换效率起决定性作用．TiO2电极一般采用刮涂法和丝网印刷法制备．近3年,通过静电喷雾制备光阳极的方法得到国内外学者的关注．静电喷雾制备光阳极会受到多种因素的影响,如电压、流速、悬浮液浓度、喷雾距离以及喷雾时间等．但这些因素对成膜和DSSC器件性能的影响却没有得到全面的研究或者报道．本文使用静电喷雾法制备了多孔TiO2纳米膜,并研究了以其为电极的电池器件特性．经过超声充分分散的稳定TiO2乙醇悬浮液在高电压下喷雾到导电玻璃上成膜．通过改变电喷雾距离,得到了具有不同形貌的TiO：光阳极膜,并解释了其形成的机理及其对电池性能的影响．研究还表明,光阳极膜的TiC14处理能够很好地改善电池性能．通过优化,基于流速为0．8mL／h、电喷雾距离和时间分别为2．2cm和8min条件下制备的光阳极,结合TiC14处理,组装的电池在模拟太阳光源AM1．5G下光电转化效率达6．24％．     

光电化学水氧化用多孔单晶金红石TiO_2纳米棒阵列光阳极的设计和构建（英文）

光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔Ti O2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而,TiO 2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿Ti O2微米颗粒,这种多孔单晶Ti O2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶Ti O2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶Ti O2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛成的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO 2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰Ti O2纳米颗粒以及二次生长构建Ti O2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长Ti O2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层Si O2球密堆模板,Ti O2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO 2球模板包裹进Ti O2纳米棒中,再通过碱溶液将Si O2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶Ti O2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石Ti O2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于:(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点;(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石Ti O2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率;(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应;(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石Ti O2纳米棒带隙扩大了0.1 e V,带隙增大归因于导带位置负移0.1 e V,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.     

TiN_(0.3)/CeO_2光阳极材料的构筑及其光电催化性能(英文)

采用高温氮化法在Ti片基底上生长一层TiN0.3薄膜,进一步利用电化学沉积法在TiN0.3薄膜上生长CeO2,制备了TiN0.3/CeO2复合材料.分别用X射线衍射和扫描电镜研究了复合材料的晶体和形貌结构,用紫外-可见光谱探究了材料的光学吸收性能.结果表明,球状CeO2颗粒均匀地分布在TiN0.3表面;该复合光阳极除了TiN0.3对可见光的吸收外,外层的CeO2同时实现了对紫外光的吸收.光电催化性能研究发现,TiN0.3/CeO2复合光阳极能够显著提高TiN0.3或CeO2的光电流密度,同时增加光电流的稳定性.TiN0.3/CeO2独特的双层结构是其光电催化性能提高的主要原因.在TiN0.3与CeO2界面处异质结构的驱动下,CeO2层中的光生电子迁移至TiN0.3层,而相应的光生空穴在界面处被Ce3+所消耗,从而提高了CeO 2层中电子和空穴的分离效率,光电流密度也随之提高;同时,位于CeO2与电解液界面处的Ce3+作为水分子的吸附中心和反应活性中心,加快了界面处水的氧化反应,从而进一步促进了稳定光电流的产生.鉴于TiN0.3/CeO2光阳极材料优良的光电催化性能,其在太阳能光电催化领域具有潜在的应用,对于新型高效光电转化材料的设计与合成具有借鉴作用.     

一步水热法合成三种形貌纳米α-Fe2O3的机理及磁性能研究（摘要）

纳米α-Fe2O3以其优良的生物相容性、环境友好性、稳定性、催化性、以及磁性被广泛的应用于生物医学、颜料、催化、传感以及半导体等领域.为了实现不同形貌纳米α-Fe2O3的工业化可控合成,我们采用一步水热法,通过控制体系的反应时间,依次制备出了纺锤体状、管状和轮胎状的α-Fe2O3纳米结构,并利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对产物进行了表征.体系中磷酸根离子在α-Fe2O3晶面上的特异性吸附是主导α-Fe2O3形貌演进的关键性因素.其作用主要体现在两个方面：一是使α-Fe2O3颗粒产生各向异性生长,形成纳米纺锤体;二是阻止某些晶面参与质子轰击反应,形成α-Fe2O3纳米管,进而促进体系中Fe4（PO4）3（OH）3相的形成与α-Fe2O3相的再结晶,最终形成轮胎状纳米结构.通过超导量子干涉仪对产物的磁性能表征,发现产物的不同形貌以及形状各项异性会对矫顽力、磁化强度以及低温磁性相变温度等磁学参量产生显著的影响.     

纳米TiO2-x光催化膜中的缺陷结构与性能关系初探

半导体TiO2由于具有较大的禁带宽度(TiO2Eg=3.2eV),常用作光化学降解反应的催化剂.利用溶胶-凝胶技术(Sol-Gel)制备薄膜型光催化剂,特别是在石英板或石英反应管壁上制备纳米级TiO2光催化剂膜已成为这一领域的研究热点[1].制备高活性光催化剂的突出问题是如何增加光生电子与空穴的产额,减少它们的复合几率,同时提高光催化膜的表面吸附能力.本实验采用溶胶-凝胶法制备出纳米级无机非整比TiO2-x膜,经过可控气氛热处理后,可在膜表面形成较多亚稳相氧空位(缺陷),为催化剂膜表面提供了更多的吸附中心和反应活性位,因此表现出较高的光催化反应活性[2].     

改性海藻酸钠聚合物薄膜的制备及其嵌入纳米α-Fe2O3-TiO2后光催化性能的研究

海藻酸钠是一种无毒的亲*性的天然多糖类化合物(如图1所示).海藻酸钠与部分过渡金属形成的聚合物具有催化活性[1],作为一种具有表面催化功能的高分子膜近年来受到广泛关注.本文研究海藻酸钠薄膜(简记为SA)中嵌入α-Fe2O3/TiO2后的光电化学特性,以期两种不同半导体之间的能级差别能使电荷有效地分离以增大其量子效率,并将其激发波长延伸到更大的范围以达到可见光区[2],从而使得α-Fe2O3/TiO2复合半导体比单一的半导体具有更高的催化活性.     

USP制备高光电活性Ti掺杂Fe2O3薄膜

本文报道了采用超声喷雾裂解法(USP)法制备α-Fe2O3以及不同厚度的Ti掺杂α-Fe2O3薄膜,并通过XRD、XPS、SEM、IPCE表征了合成的薄膜。XRD测试结果表明,Ti掺杂和纯相Fe2O3均为α相并在(110)晶面优先生长;从AFM图中看出Fe2O3晶粒呈尖峰状垂直于平面排列;由XPS分析得知Ti离子在Fe2O3薄膜中以Ti4+和Ti3+两个价态存在;由光电效率表征可知,吸收光电转换效率(APCE)值是随着样品薄膜厚度增加而减小,在厚度为20nm时APCE为58%,对于粉末Fe2O3光催化材料是粒径尺寸越小光利用率越高;然而Fe2O3薄膜的IPCE值在厚度为60nm时最高达到23.5%,此时光利用效率最大。     

静电纺丝-碱热法制备高活性由纳米片组装的TiO2纳米纤维（英文）

半导体光催化有望解决日益严峻的环境污染与能源危机,因而得到广泛重视.纳米TiO2因为其强的氧化能力和良好的(光)化学稳定性与生物相容性,成为了最受欢迎的半导体光催化材料.到目前为止,材料科学家们制备了多种形貌的TiO2光催化材料,如纳米棒(线)、纳米片和空心微球等.作为染料太阳能电池的光阳极材料,小颗粒尺寸的纳米TiO2具有大的比表面积,有利于敏化剂的吸附,从而增强太阳能电池的光电转换性能.但是尺寸太小的TiO2颗粒不利于光散射,导致入射的太阳光直接穿透光阳极薄膜而不利于吸收和利用太阳光.为了解决敏化剂吸附和增强光散射这对矛盾,本文设计制备了由纳米片组装的TiO2纳米纤维:(1)首先通过静电纺丝法制备TiO2纳米纤维前躯体;(2)将TiO2纳米纤维前驱体在500°C焙烧,去除有机物,得到晶化度良好的由纳米颗粒组装的TiO2纳米纤维;(3)将TiO2纳米纤维进行NaOH碱热处理,使TiO2纳米颗粒转化成钛酸盐纳米片,然后经历酸洗和焙烧,得到由纳米片组装的TiO2纳米纤维.染料敏化太阳能电池的性能测试结果显示,碱热2.5 h所得TiO2样品的光阳极薄膜的光电转化效率提升了2.3倍;同时,利用丙酮光催化分解的活性来评价纳米纤维的光催化活性,发现碱热2.5 h所得纳米纤维上光催化降解丙酮的活性提升了3.1倍.结构表征结果显示,随着碱热时间的延长,从纤维表面生长出来的纳米片逐渐变长,催化剂的比表面积和孔容不断增加.大的比表面积有利于底物的吸附,纳米片结构有利于增强光散射,通过延长光程增强对光的利用效率,从而提升纳米纤维的光活性.光电流测试的结果显示,与碱热前的TiO2纳米纤维相比,碱热后的TiO2纳米纤维光电流显著增强,这是由于纳米片结构减小了扩散距离,有利于光生载流子快速转移到催化剂表面,引发丙酮的光催化氧化.     

TiO2薄膜光电极能带结构和催化活性的初探

以阳极氧化法制得的TiO₂薄膜光电极为工作电极,铂环为对电极,饱和甘汞电极为参比电极,组成光电催化降解苯酚体系.运用电化学阻抗图谱(EIS),测得光电催化过程中TiO₂薄膜光电极的空间电荷层电容,计算出半导体能带结构参数——空间电荷层宽度W.结果证明:当空间电荷层宽度W随阳极偏压增加而增大时,TiO₂薄膜电极光催化活性提高;当其等于薄膜厚度时,光催化活性最好,此时出现最佳偏压值;继续增加偏压,活性反而有所下降.     

TiO_2纳米阵列光阳极光电催化水分解研究进展

光电催化水分解制氢是目前解决能源危机与环境污染最理想的技术之一.设计和构筑高效的光阳极是实现光电催化技术实际应用的关键.在众多半导体光阳极材料中,TiO_2纳米阵列由于其快的电荷传输速率,高的光热稳定性,无毒和成本低等优点,已经被广泛用于光电催化水分解反应的研究.但是TiO_2本征的光吸收范围窄、光生电荷复合率高、表面水氧化动力学缓慢严重地制约了其太阳能-氢能转换效率.我们结合近年来国内外及本课题组的研究工作详细论述了TiO_2纳米阵列的改性策略,主要包括利用元素掺杂来拓展TiO_2的光吸收范围并提高导电性,构筑异质结促进光电极电荷的分离与转移,半导体敏化增加光电极的可见光吸收并促进电荷转移,表面处理用于增加表面水氧化反应速率.最后指出了该材料发展现状,并对其发展前景做出展望.我们为进一步提高TiO_2纳米阵列的光电催化水分解活性提供了理论指导和实践借鉴.     

P3HT修饰一维有序壳核式CdS/ZnO纳米棒阵列复合膜的光电化学性能

采用电化学方法在铟锡氧化物(ITO)导电玻璃上制备了高度有序的ZnO纳米棒阵列, 在ZnO纳米棒阵列上先后电化学沉积CdS纳米晶膜及聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT修饰的一维有序壳核式CdS/ZnO纳米阵列结构, 并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、能量散射X射线(EDX)等表征手段证实了该结构的形成. 以此纳米结构薄膜为光阳极组装新型半导体敏化太阳电池, 研究了CdS纳米晶膜的厚度和P3HT薄膜的沉积对电池光伏性能的影响, 初步探讨了电荷在电池结构中的传输机理, 结果表明, CdS纳米晶膜和P3HT薄膜的沉积有效地拓宽了光阳极的光吸收范围, 实验中电池的光电转换效率最高达到1.08%.     

Al掺杂α-Fe2O3材料的制备、表征和气敏特性

采用均相沉淀法制备了纯α-Fe2O3(300 ℃煅烧)和Al掺杂α-Fe2O3(300和400 ℃煅烧), 使用SEM, XRD, ICP和红外光谱等手段进行表征, 并利用气敏仪测试无水乙醇和90＃汽油在不同条件下对材料的响应性能. 结果表明, 微量Al掺杂不改变α-Fe2O3材料的物相, 但会阻碍晶粒生长, 使颗粒变小及Fe2O3晶格间隙中的铁原子数目增多, 材料的导电率增大, 从而显著提高材料的气敏性能. Al掺杂α-Fe2O3对乙醇的响应性能优于对汽油的响应性能, 在乙醇气氛中, 材料对湿度仍然不敏感. 经400 ℃煅烧的Al掺杂α-Fe2O3稳定性较好, 可作为检测乙醇气体的半导体气敏材料.     

热处理气氛对α-Fe2O3光阳极光电化学性能影响研究

分别在空气和氮气中对水热制备的薄膜进行热处理获得了纳米棒状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与空气热处理获得的α-Fe₂O₃Air光阳极相比,氮气气氛热处理获得的α-Fe₂O₃光阳极正面光照电流密度显著提升达到0.42mA·cm^-2。正面光照下,α-Fe2O3N2光阳极的体内电荷分离效率ηbulk和表面电荷注入效率ηsurface都有较大增加,说明N2热处理明显增加了α-Fe₂O₃膜的载流子浓度,增强了体内载流子的传输和表面载流子注入效率。