水热法制备二氧化钛纳米管-石墨烯复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法制备了二氧化钛纳米管-石墨烯的复合光催化剂。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析,并对其光催化性能进行了测试。结果显示,同纯二氧化钛纳米管相比,二氧化钛纳米管-石墨烯的光催化性能较高。石墨烯与二氧化钛纳米管复合,充当电子受体,载流子迁移率得到提高,从而提升了光催化性能。     

基于可调控多肽纳米管和石墨烯复合纳米结构的光吸收催化平台

近年来, 自组装纳米结构因为其容易制备、稳定、环保以及与各种功能基团、粒子等的多样结合能力吸引了科学家们的目光, 成为人们研究的热点课题, 在光电池、光催化、水凝胶、药物缓释等方面的实验科学领域得到了广泛的应用. 尤其是光催化方面, 自组装结构的重复性为激子的传递创造了比较良好的条件, 成为众多激子传递平台中的佼佼者. 本文报道了一种以苯丙氨酸二肽纳米管和羧基石墨烯为基础的自组装光吸收催化平台, 对其结构进行研究, 并使用该体系进行了烟酰胺腺嘌呤二核苷酸到它的还原态的催化实验. 该体系的微观结构由纳米管和石墨烯膜复合而成, 羧基石墨烯的存在能够降低纳米管直径, 实现纳米管的形态操控, 石墨烯与多肽纳米管复合纳米结构的存在实现了多通道协同激子传递, 降低了激子传递的距离, 极大增强了催化中心对于激子的接受和使用效率. 在复合了光敏剂和催化中心之后, 该体系具有较高的稳定性, 均一的分散性, 很强的光能吸收和转化能力等性质. 对于从NADP⁺往NADPH转变的催化实验表明, 该体系有较高的反应速率和催化效率, 并且比两种单一结构催化平台效果之和更好, 实现了一加一大于二的效应, 展现了复合纳米结构光吸收催化平台的巨大潜力和广阔应用前景.     

石墨烯与复合纳米结构SiO_2@Au对染料敏化太阳能电池性能的协同优化

染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells, DSCs)因其制备工艺简单、成本低廉以及优异的光学性质在近年来引起了大家的广泛关注.为了获得更优的光电性能,利用球磨法制备了一系列不同含量纳米结构SiO_2@Au和固定含量石墨烯协同掺杂的复合光阳极薄膜,并制备了相应的DSCs.研究了纳米结构SiO_2@Au和石墨烯联合掺杂对光阳极及其相应DSCs光电转换性能的影响.金纳米颗粒因其局域表面等离子体共振效应能够有效提高DSCs的短路电流密度.而石墨烯作为典型的二维材料,具有较大的比表面积以及高导电性等优异性质,有利于增加薄膜的比表面积.当纳米结构SiO_2@Au和石墨烯协同掺杂至光阳极薄膜内部,且SiO_2@Au掺杂量为1.5%时,相应电池的短路电流密度为15.59 m A·cm–2,光电转换效率为6.68%,相比基于传统纯TiO_2光阳极电池的性能分别提高了15.67%和8.8%.研究表明,基于不同含量复合纳米结构SiO_2@Au和固定量石墨烯共掺的DSCs性能的提高,主要归因于复合纳米结构SiO_2@Au的掺入,其中分布较为均匀的金纳米颗粒作为光学天线可以将光局域到颗粒表面,增强表面电磁场强度,有效增强光与物质的相互作用,优化了染料的光吸收能力,增加薄膜内部光生载流子数量.而石墨烯的引入则改善了光阳极薄膜的比表面积,增加了薄膜整体对染料的吸附量,且石墨烯良好的导电性能加快了光生载流子的传输,两者协同作用实现了DSCs的光电转换性能的优化.     

基于一维TiO_2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

介绍了一种采用宽禁带半导体二氧化钛纳米管阵列薄膜材料制备β伏特效应同位素电池的方法.通过对金属钛片的电化学阳极氧化制备了垂直定向、有序排列的二氧化钛纳米管阵列薄膜,研究了退火条件对二氧化钛纳米管阵列薄膜半导体光电性能的影响.通过与镍-63辐射源的集成封装,形成三明治结构镍-63/二氧化钛纳米管阵列薄膜/钛片的β伏特同位素电池.实验结果表明,基于氩气氛围下450?C退火的黑色二氧化钛纳米管阵列薄膜具有高的氧空位缺陷浓度和宽的可见-紫外吸收光谱.在使用β辐射总能量为10 m Ci的镍-63辐射源时,同位素电池的开路电压为1.02 V,短路电流75.52 n A,最大有效转换效率为22.48%.     

催化循环提高TEA CO_2激光器运转寿命的研究

本文在研究催化循环紫外预电离TEA CO_2激光器运转过程中所出现的失压、失压曲线、气体成分与放电颜色变化、成弧几率、E/P值与O_2含量关系和激光能量变化等物理、化学现象的基础上得到含铂Al_2O_3球的催化还原速率常数为4×10~3l·g~(-1)·sec~(-1),并将它与纯铂丝的性能作比较。以每秒R次运转时,一升放电体积的合适循环泵速为6Rl·min~(-1)按照这些参数设计,并采用附加纯气剂等措施的催化循环紫外预电离TEA CO_2激光器比不催化循环时的一次充气寿命提高三个数量级。     

Pt/TiO2催化剂的载体结构对甲醇催化氧化性能的影响

二氧化钛载体包括二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)和二氧化钛纳米线阵列(TNWAs)两种,载体的结构不同对催化性能有一定的影响。然而,Pt负载在TNTAs和TNWAs催化性能的比较鲜有报道。本文通过微波法制备了Pt/TNTAs和Pt/TNWAs两种催化剂,结果表明,Pt/TNTAs催化甲醇氧化效果要优于Pt/TNWAs。相较于Pt/TNWAs, Pt/TNTAs的优越催化性能可能与纳米管的限域效应有关。可见,载体的结构对催化剂的性能有很大的影响。     

PATP在Ag/TiO_2纳米管基底上的表面增强拉曼散射和光催化过程研究

表面增强拉曼散射(SERS)是一种超灵敏、高选择性的分析方法,越来越受到人们的关注。对巯基苯胺(PATP)由于其易吸附在大多数SERS基底表面,并可以产生极强的SERS信号,因此常被用作SERS的探针分子。二氧化钛(TiO_2)是一种目前常用的光催化剂,但是其催化效率仍有待提高。将贵金属与TiO_2复合是提高其催化效率的有效手段。本文采用电化学阳极氧化法制备了二氧化钛纳米管(TiO_2NTs),并采用光化学还原方法在表面沉积了贵金属银,制备了一种同时具有SERS和催化性能的双功能基底,即银纳米粒子修饰的二氧化钛纳米管(Ag/TiO_2NTs),研究了PATP分子在该基底上的光催化过程,并与在银镜基底上的光催化过程进行了比较。我们发现,Ag/TiO_2NTs基底上的PATP在催化过程中峰强度逐渐减弱,但没有新峰的出现;而在银镜基底上PATP的峰强度随光照时间却几乎没有变化,证明了PATP分子在Ag/TiO_2 NTs上的光催化降解过程。本文还对Ag/TiO_2NTs上PATP的催化过程进行了动力学分析,结果表明PATP在该基底表面的催化反应为一级反应。     

Pt/TiO_2催化剂的载体结构对甲醇催化氧化性能的影响（英文）

二氧化钛载体包括二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)和二氧化钛纳米线阵列(TNWAs)两种,载体的结构不同对催化性能有一定的影响.然而,Pt负载在TNTAs和TNWAs催化性能的比较鲜有报道.本文通过微波法制备了Pt/TNTAs和Pt/TNWAs两种催化剂,结果表明,Pt/TNTAs催化甲醇氧化效果要优于Pt/TNWAs.相较于Pt/TNWAs,Pt/TNTAs的优越催化性能可能与纳米管的限域效应有关.可见,载体的结构对催化剂的性能有很大的影响.     

高度有序TiO2纳米管阵列的制备及其生长机制

采用金属钛片和石墨分别作为阳极和阴极,氢氟酸和醋酸的混合溶液为电解液,通过阳极氧化法制备高度有序的TiO2 纳米管阵列. 经过场发射扫描电子显微镜(FESEM), X-射线电子衍射仪分别对样品的形貌,结构进行了研究. 结果表明,TiO2 纳米管的尺寸,形貌都随着外加电压、反应时间的变化而变化;随着退火温度的提高,TiO2 纳米管的结构逐渐由锐钛矿相向金红石相转变. 另外,我们讨论了TiO2 纳米管阵列形成机制.     

石墨烯衍生物作为有机太阳能电池界面材料的研究进展

本文综述了石墨烯及其衍生物作为界面材料在有机太阳能电池中的应用, 包括作为阳极界面层、阴极界面层和叠层电池中间层等方面. 氧化石墨烯由于较好的透光性, 易于分散在水溶液中与溶液加工等优点已被应用在有机太阳能电池中. 对氧化石墨烯作为阳极界面层的研究包括通过部分还原或掺杂提高其导电性、通过引入高负电性原子提高其表面功函数, 以及通过与其他材料复合提高性能等. 同时, 本文综述了石墨烯衍生物及复合材料作为有机太阳能电池阴极界面层和叠层电池中间层的研究. 最后本文展望了石墨烯及其衍生物在有机太阳能电池与有机无机复合钙钛矿太阳能电池中的应用前景.     

通过光致还原调制氧化石墨烯寿命并用于微纳图形制备

氧化石墨烯因其宽带可调谐的荧光发射特性已被广泛应用于荧光成像、金属离子高灵敏检测和光电器件的制备.相比于荧光强度,氧化石墨烯荧光寿命不受材料厚度和激发功率的影响,具有更为稳定和均一的特性.本文研究了在激光还原过程中氧化石墨烯荧光寿命逐渐减小的变化行为,发现了长寿命sp~3杂化结构向短寿命sp~2杂化结构的转变.通过精确控制还原时间,结合激光直写技术,在单层氧化石墨烯薄膜上实现了二维码、条形码、图形和数字等微纳图形的制备,还在多层氧化石墨烯薄膜结构上获得了多寿命多层微纳图形.这种微纳图形的制备具有灵活无掩膜、高对比和多模式的特点,可用于高密度光学存储、信息显示和光电器件制备等诸多领域.     

双金属/TiO2纳米管复合结构中增强的光电流

将传统半导体材料与金属微纳结构相结合,利用其表面等离激元共振效应,可有效地增强复合结构的光电转换效率,使其广泛地被用于光电化学和光电探测等领域.本文以氧化铝纳米管为模板,采用原子层沉积技术制备出高有序的TiO2纳米管,并通过电子束热蒸发技术在大孔径的纳米管薄膜中分别负载金、铝和双金属金/铝纳米颗粒,形成金属纳米颗粒/TiO2纳米管复合结构.研究结果表明,相对于纯TiO2纳米管,Au/TiO2复合纳米管在568 nm的可见光照射下,其光电流密度约有400%的提高;在365 nm紫外光照射下,Al/TiO2复合纳米管的光电流提高约50%;同时负载双金属Au和Al纳米颗粒的TiO2纳米管在整个紫外-可见光区域光电流均显著增强.     

石墨烯/二氧化钛异质结场效应探测器光电特性

利用二氧化钛薄膜光吸收及表面钝化特性,在硅晶圆基底表面制备石墨烯/二氧化钛异质结场效应管光电探测器,并研究其光电响应特性.结果表明,二氧化钛钝化后的探测器可以有效抑制沟道表面的气体小分子吸附,降低器件的暗电流漂移;同时,探测器利用石墨烯的电荷敏感和复合薄膜的光谱吸收特性,显著提高了石墨烯场效应管的响应度.紫外波段,顶层二氧化钛吸光产生的光生电子将注入到石墨烯沟道中,对石墨烯沟道产生n型掺杂,器件最大响应度可达3.5×10~5A/W.在可见光波段,因为二氧化钛层与石墨烯薄膜间存在杂质能级,界面间的电荷转移使沟道载流子寿命显著提高.相对于传统的二氧化钛阵列探测器,该探测器在响应波段与响应度性能上都具有明显优势.     

锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其染料敏化太阳电池

以商用金红石相TiO₂粉末为原料,通过在碱性溶液中150℃水热48h的方法合成TiO₂纳米管.采用SEM,TEM,XRD分析手段对TiO₂纳米管的形貌和结构演变进行了表征.制成的TiO₂纳米管与TritonX-100,乙酰丙酮混合后,通过丝网印刷的方法涂敷到ITO导电玻璃衬底上,并且在450℃下烧结30min后得到可应用于染料敏化太阳电池的多孔光阳极.将此光阳极浸泡于N719染料敏化后,与镀铂对电极组装电池,两者之间灌 关键词： 2纳米管')" href="#">TiO₂纳米管 染料敏化太阳电池 水热法     

SnO2量子点/石墨烯复合结构的合成及其光催化性能研究

本文以SnCl₄·5H₂O和氧化石墨烯为先驱物, 乙醇水溶液为溶剂, 采用一种简单的水热法一步合成了具有可见光催化活性的SnO₂量子点(约3–5 nm)与石墨烯复合结构, 利用透射电子显微镜(TEM), 高分辨透射电子显微镜(HRTEM), X射线衍射仪(XRD), 傅里叶变换红外光谱(FT-IR)等技术对其结构进行了表征, 利用紫外可见吸收光谱(UV-vis)分析了其光学性能, 罗丹明-B染料为目标降解物研究了SnO₂量子点/石墨烯复合结构可见光催化性能. 结果表明: 与纯SnO₂、纯石墨烯相比, 复合结构显示出了很高的可见光催化活性. 通过对其结构进行分析, 我们提出了SnO₂量子点/石墨烯复合结构的形成机制及其可见光催化活性机理.     

基于石墨烯的Au纳米颗粒增强染料随机激光

石墨烯和纳米颗粒的复合材料具有新颖的光学和电学特性,被广泛应用于信息传感、光电转换、医学诊断等领域,具有十分广阔的发展前景.虽然石墨烯拥有优异的光电性能,可以实现对随机激光性质的调控,但目前实现特殊结构的石墨烯与金属纳米结构的复合过程复杂繁琐,利用石墨烯有效降低随机激光阈值仍存在挑战.本文利用便捷的化学还原及吸附法制备Au/石墨烯结构,以染料DCJTB为增益介质,使用旋涂法制备了均匀的薄膜样品;研究对比Au纳米颗粒和Au/石墨烯结构随机激光特性,分析了石墨烯的作用机理.研究结果表明,Au/石墨烯复合材料透射峰与增益介质的光致发光光谱峰最为接近,对于染料分子的能级迁跃起到了促进作用.在相同的增益介质中,石墨烯的加入不仅使得光子在无序介质中散射频次增加,促进了增益效果,而且增强了Au纳米颗粒表面的等离子体共振效应.二者相互协同,展现出了优异的随机激光特性,阈值降低至2.8μJ/mm~2;对样品重复测量可得样品的激射重复性较强、品质较高.本研究对促进随机激光应用、实现高性能的光电器件起到了一定的推动作用.     

基于高氢气利用率的质子交换膜燃料电池运行特性研究

为了提高氢气利用率本文对氢氧燃料电池在不同的阳极进口压力、阴极过量系数以及工作温度下进行阳极长时间闭口运行,考察阳极闭口对电池性能的影响。在每个操作条件运行期间阳极电池阀均未中途打开(单个操作条件最长运行时间26 h),氢气利用率达100%。结果表明:氢氧燃料电池除了在低阴极过量系数且高电流密度之外在其它各工况下阳极闭口能长时间稳定运行。膜电极分区域断面SEM测试表明出口处附近区域阳极和阴极催化层均有所减薄而其它区域膜电极催化层均没有受到影响。这表明电池出口附近碳腐蚀造成的催化层减薄与电池出口附近处水淹是有必然联系的。     

有序TiO2纳米管阵列结构的可控生长及其物相研究

分别在HF水溶液、含NH₄F和H₂O的乙二醇有机溶液中对Ti箔进行阳极氧化,得到TiO₂纳米管阵列结构.该结构高度有序、分布均匀、垂直取向,且通过阳极氧化工艺条件(如阳极氧化电压、电解液的选择与配比以及氧化时间等)可实现对其结构参数(如管径、管壁厚度、管密度、管长等)的有效控制.利用XRD研究了TiO₂纳米管阵列的物相结构.结果表明：退火前的TiO₂纳米管阵列为无定形结构;分别在真空和氧气氛中50 关键词： 2纳米管阵列')" href="#">TiO₂纳米管阵列 阳极氧化 可控生长     

锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其染科敏化太阳电池

以商用金红石相TiO2粉末为原料,通过在碱性溶液中150℃水热48h的方法合TiO2纳米管.采用SEM,TEN,XRD分析手段对TiO2纳米管的形貌和结构演变进行了表征.制成的TiO2纳米管与TritonX-100,乙酰丙酮混合后,通过丝网印刷的方法涂敷到ITO导电玻璃衬底上,并且在450℃下烧结30min后得到可应用于染料敏化太阳电池的多孔光阳极.将此光阳极浸泡于N719染料敏化后,与镀铂对电极组装电池,两者之间灌入液态电解质,电池的有效面积为0.28 cm2.在标准氙灯模拟器下(AM 1.5,100 roW/cm2)测试r电池的J-V特性,得到2.17%的光电转换效率.     

TiO_2/石墨烯/Ag复合结构SERS实验

基于氧化物半导体的光催化特性,能够降解有机物分子,使表面增强拉曼散射基底得以重复使用。提出了银纳米颗粒有效修饰覆盖有石墨烯的二氧化钛纳米棒阵列(TiO_2/石墨烯/Ag)复合结构作为表面增强拉曼散射基底,并对其进行了实验研究。利用水热法制备了二氧化钛纳米棒阵列;采用湿法转移石墨烯和光照还原方法制备了TiO_2/石墨烯/Ag复合结构。用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子,结果表明:随着紫外光照沉积时间增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱;计算得到最大增强因子值约为2.6×106。此外,还对TiO_2/石墨烯/Ag复合结构的紫外自清洁特性进行了初步实验,结果表明,紫外光照射20min后,其拉曼强度下降到42.3%,具有一定的紫外清洁效果。