二氧化钛纳米管阵列光电催化测定地表水化学需氧量

利用TiO2纳米管阵列(TNAs)TNAs和薄层反应器(TCR)体积小、传质快、反应时间短的特点,建立了光电催化测定地表水化学需氧量(COD)的新方法.本方法对于地表水COD值的测定呈线性关系,线性回归方程为Qnet=-0.18105ThCOD+0.15444,r=0.9903,检出限为0.30 mg/L;RSD<5%;分析时间<2 min,适宜pH范围是4～10,Cl-不干扰.通过地表水实际水样分析表明,本方法能够克服重铬酸钾法(CODCr)和高锰酸钾指数法(CODMn)的缺陷,测定结果可靠,稳定,重现性好,能够准确、快速地测定地表水的COD含量,是一种极值得推广应用的测定COD的新方法.     

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 研究了不同溶液体系对TiO₂纳米管尺寸和形貌的影响. 利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO₂纳米管. 20 V反应15 h, 0.5 wt% HF＋1 mol/L (NH₄)H₂PO₄溶液中TiO₂纳米管直径为70～90 nm, 长度约2.2 μm, 在500 ℃的空气气氛下退火1 h, 纳米管薄膜以锐钛矿结构为主, 在该条件下所制备TiO₂纳米管的光电流密度达到3.2 mA/cm². 以该纳米管薄膜为光阳极, 施加0.45 V (vs. SCE)的外加偏压, 在125 W紫外光照射5 h后, 初始摩尔浓度为20×10^－6 mol/L的酸性红G (C₁₈H₁₃N₃Na₂₀₈S₂)在pH＝3时, 降解率达到92.4%.     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备与掺杂

近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起了极大关注。本文综述了阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的研究现状,基于TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中的生长机理,讨论了决定阳极氧化TiO₂纳米管阵列形成的主要因素。结合本组的研究工作,总结了如何通过改变电压、升压速率、电解液、温度和氧化时间,实现纳米管管径、管壁厚度、管长的有效控制,提高TiO₂纳米管阵列的表面形貌质量。最后介绍了TiO₂纳米管阵列掺杂改性方面的研究进展。     

Fe-Ni/TiO2纳米管阵列电极的制备、表征及光电催化还原五氯酚活性

采用阳极氧化法和浸渍电沉积联用法制备了不同负载量的Fe-Ni/TiO2纳米管阵列电极. 通过扫描电子显微镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)和电化学测量等手段对样品的微观形貌、 晶体结构和光电响应等特性进行分析. 考察了在0.6 V偏压下, 所制备的电极对五氯酚的光电催化还原性能. 结果表明, 适量的Fe和Ni纳米颗粒的负载, 降低了TiO2纳米管阵列光生电子-空穴对的复合几率; 浸渍电沉积5次的Fe-Ni/TiO2纳米管阵列电极光电催化还原降解五氯酚的效率为91.35%, 明显高于TiO2纳米管阵列电极.     

阳极氧化法制备二氧化钛纳米管及其荧光性质

室温下采用电化学阳极氧化法在NaF、Na₂SO₄和H₂SO₄的混合溶液中用化学处理后的纯Ti片表面组装了一层结构高度有序的高密度TiO₂纳米管阵列。考察了几种主要的实验参数(阳极氧化电压、温度、电解液浓度)对TiO₂纳米管阵列形貌和尺寸的影响，探讨了二次阳极氧化对纳米管形貌的改善。对TiO₂纳米管阵列进行扫描电子显微镜(SEM)和荧光(PL)分析，探讨其生长机理。结果表明，孔径随阳极氧化电压的升高而变大，温度、电解液浓度影响反应过程中电流密度的大小；二次阳极氧化得到的纳米管的有序性有所改善，孔径大小更为均一，并且发现TiO₂纳米管的荧光具有量子效应。     

钛基表面N掺杂TiO_2纳米管电极的光电催化性能

利用电化学阳极氧化法和浸渍法制备出N掺杂TiO2纳米管电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见/漫反射吸收光谱(UV-Vis/DRS)技术对其进行表征。考察了该电极对甲基橙的光电催化活性,结果表明:N掺杂前后TiO2纳米管形貌相似,管径约90nm,N掺杂后TiO2对波长大于400nm的光吸收明显提高,并且吸收边界发生红移。氨水浓度为1.5mol/L时,制备的N掺杂TiO2纳米管电极对甲基橙的光电催化活性最高。对N掺杂机理进行了探讨。     

石墨烯修饰Y型TiO_2纳米管光电极制备及其对氨氮催化氧化性能

采用三步阳极氧化法和一步循环伏安电沉积法制备了还原氧化石墨烯(rGO)修饰的Y型TiO_2纳米管(rGO/Y-TiO_2NTs)电极。通过场发射电子扫描显微镜(FESEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)及拉曼光谱(Raman)等对电极样品进行了表征。以rGO/Y-TiO_2NTs电极为光阳极,测试了不同循环伏安沉积圈数对电极光电流响应的影响,考察了在1.0 V偏压下电极对氨氮的光电催化氧化性能。结果表明,高度有序的Y-TiO_2NTs为锐钛矿型,具有大的比表面积,表面修饰平滑透明rGO薄膜后可显著提高其光电催化效率,沉积圈数为30时电极在30 min内对氨氮的光电催化氧化效率为95.9%。     

基于铜基底的TiO2纳米管阵列储锂性能

研究了基于铜基底的TiO₂纳米管阵列直接作为锂离子电池电极的储锂性能。以铜基底上生长的Cu(OH)₂纳米棒阵列为模板, 采用自牺牲模板法, 通过外向包覆与内向刻蚀, 制备了非晶态的TiO₂纳米管阵列, 然后将其在500℃下退火处理4 h, 获得锐钛矿型TiO₂纳米管阵列。采用X射线衍射、场发射扫描电镜、透射电镜、热重分析对样品进行表征;采用恒电流充放电、循环伏安和交流阻抗谱测试对退火前后TiO₂纳米管阵列的电化学性能进行研究。结果表明:与非晶态的TiO₂纳米管阵列相比, 锐钛矿型TiO₂纳米管阵列吸附水的含量低, 结晶度高, 电荷迁移阻力小, 锂离子扩散系数大, 结构稳定, 具有更好的循环性能和倍率性能;在0.2 C下, 其首次放电比容量为353 mAh·g^-1, 经过40次循环后的放电比容量仍为243 mAh·g^-1, 在8C下的放电比容量为90 mAh·g^-1。     

石墨烯修饰Y型TiO2纳米管光电极制备及其对氨氮催化氧化性能

采用三步阳极氧化法和一步循环伏安电沉积法制备了还原氧化石墨烯（rGO）修饰的Y型TiO₂纳米管阵列（rGO/Y-TiO₂ NTs）电极。通过场发射电子扫描显微镜（FESEM）、能量色散X荧光光谱（EDX）、X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis）及拉曼光谱（Raman）等对电极样品进行了表征。以rGO/Y-TiO₂ NTs电极为光阳极,测试了不同循环伏安沉积圈数对电极光电流响应的影响,考察了在1.0 V偏压下电极对氨氮的光电催化氧化性能。结果表明,高度有序的Y-TiO₂ NTs为锐钛矿型,具有大的比表面积,表面修饰平滑透明rGO薄膜后可显著提高其光电催化效率,沉积圈数为30时电极在30 min内对氨氮的光电催化氧化效率为95.9%。     

CuO表面修饰锐钛矿TiO2纳米管阵列及其电化学嵌锂性能

以（CH₂OH）₂、NH₄F和HCl为电解液,纯Ti片、CuCl₂和NaNO₃为主要原料,联用阳极氧化和水热法制备CuO表面修饰锐钛矿TiO₂纳米管阵列锂离子电池负极材料（CuO/TiO₂）。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射（XRD）,研究样品的形貌特征、元素分布、价态和微观物相组成。利用电池充放电测试仪和电化学工作站,探讨材料的电化学嵌锂性能。结果表明,表面修饰后的锐钛矿TiO₂纳米管阵列外侧出现了大量绒毛状纳米CuO,单个绒毛结构的宽度约4 nm,长度约10 nm。在0.3C的电流密度下进行恒电流充放电测试,首次放电容量为550 mAh·g^-1,充电容量为490 mAh·g^-1。50次循环后,可逆电流容量仍保持在320 mAh·g^-1,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

Enhanced Visible‐Light‐Induced Photoelectrocatalytic Degradation of Methyl Orange by CdS Sensitized TiO2 Nanotube Arrays Electrode

In this work, CdS sensitized TiO₂ nanotube arrays (CdS/TiO₂NTs) electrode was synthesized with the CdS deposition on the highly ordered titanium dioxide nanotube arrays (TiO₂NTs) by sequential chemical bath deposition method (S‐CBD). The as‐prepared CdS/TiO₂NTs was characterized by field‐emission scanning electron microscopy (FE‐SEM) and X‐ray diffraction (XRD). The results indicated that the CdS nanoparticles were effectively deposited on the surface of TiO₂NTs. The amperometric I‐t curve on the CdS/TiO₂NTs electrode was also presented. It was found that the photocurrent density was enhanced significantly from 0.5 to 1.85 mA/cm² upon illumination with applied potential of 0.5 V at the central wavelength of 253.7 nm. The photoelectrocatalytic (PEC) activity of the CdS/TiO₂NTs electrode was investigated by degradation of methyl orange (MO) in aqueous solution. Compared with TiO₂NTs electrode, the degradation efficiencies of CdS/TiO₂NTs electrode increased from 78% to 99.2% under UV light in 2 h, and from 14% to 99.2% under visible light in 3 h, which was caused by effective separation of the electrons and holes due to the effect of CdS, hence inhibiting the recombination of electron/hole pairs of TiO₂NTs.     

纳米晶TiO2电极上半菁衍生物光敏染料

合成了具有不同共轭链长度的吡啶盐类及喹啉盐类半菁染料(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)乙烯基]吡啶鎓盐(P1)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)丁二烯基]吡啶鎓盐(P2)、(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)乙烯基]喹啉鎓盐(Q1)以及(E)-N-(4-磺酸丁基)-4-[2-(4-N, N-二甲基氨基苯基)丁二烯基]喹啉鎓盐(Q2).研究了它们的光物理性质，并将它们用作TiO2纳米晶电极的光敏化剂引入光电化学电池.与含有乙烯基共轭桥的染料P1和Q1相比，含有丁二烯基共轭桥的染料P2和Q2在甲醇和氯仿中的最大吸收均发生一定程度的红移，而且吸收光谱变宽.这两类染料都能很好地吸附于TiO2电极上.在比较了四个染料的吸收光谱、摩尔消光系数以及在TiO2电极表面的吸附量后，发现Q1具有最好的光电转化性质.     

二氧化钛纳米粒子和纳米管的合成、表征及对硝基苯的光催化性能研究

采用水热合成法, 通过改变反应条件, 控制反应参数, 成功地合成了粒径可控的球形TiO2纳米粒子和长径比、比表面积均比较大的纳米管. 用XRD, TEM, SAED和BET等手段对产物进行了表征. 为了测试产物的光催化性能, 以高浓度的硝基苯(NB)溶液为模拟水样, 进行了一系列提高降解效率的优化实验和光催化降解的对比实验. 通过对硝基苯溶液初始浓度、TiO2加入量和降解体系pH值等条件的考察, 得出硝基苯溶液的质量浓度为300 mg/L, TiO2的加入量为0.4 g/L, 体系的pH值为6~7时, 降解效果最好; 通过对比实验发现, 由于纳米管的大比表面积, 使得其光催化性能明显优于球形纳米粒子, 3 h后的降解率达到90%以上, 3.5 h左右硝基苯几乎被完全降解.     

Highly Ordered TiO2 Nanotubes for Electrochemical Sensing of Hair Dye Basic Brown 17

Self‐organized Ti/TiO₂ nanotubular array electrodes were prepared by electrochemical anodization and used to monitor the reduction of the hair dye basic brown 17 (BB17) at a potential of ?0.60 V vs. Ag/AgCl. Analytical curves were obtained from 1.0×10^?6 to 8.0×10^?5 mol L^?1 with a detection limit of 1.3×10^?7 mol L^?1 by using the best experimental conditions, linear scan voltammetry at pH 6, scan rate=60 mV s^?1, and accumulation time=5 min. The detection system performance was not interfered by other hair dyes and successfully used to determine the dye in tap water samples.     

空气电极改性TiO2光催化剂的研究

将TiO2/C光催化剂负载在具有合成H2O2性能的空气电极上形成双功能新型复合电极.TiO2/C光催化层的微多孔特性使新型载体保持了高效合成H2O2的优势,J=15mA/cm2时,电流效率达到82%.新型载体又为TiO2/C光催化剂获得了阳极偏压,有利于将光生电子迅速导入载体,减少了光生载流子的复合.在新型光催化体系中,光化学氧化作用与光催化氧化作用有机地统一在同一电极/溶液界面附近,造成了该界面的强氧化环境,从而使有机分子的氧化降解速度得到显著提高.     

不同吸附类型有机物在TiO2纳米管阵列电极表面的光电催化性能和反应机制

利用有机物在薄层反应器中发生的耗竭氧化反应,研究了弱吸附型的葡萄糖和强吸附型的邻苯二甲酸氢钾在TiO2纳米管阵列(TNA)电极表面的光电催化反应性能和反应机制.研究表明,光电催化反应电流-时间(I-t)曲线的变化趋势能够很好地反映有机物在TNA电极表面的反应性能.对于弱吸附型的葡萄糖,由于其在TNA电极表面吸附能力弱,从溶液本体被吸附至电极表面较慢,致使葡萄糖在高浓度光催化反应时出现I-t曲线瞬时升高然后迅速下降,再呈现缓慢下降的变化趋势.对于强吸附型的邻苯二甲酸氢钾,其吸附性强且难降解,因而在电极表面总是存在着大量的邻苯二甲酸氢钾,导致溶液中邻苯二甲酸氢钾浓度升高时,光电催化反应的I-t曲线在瞬时升高,然后依然持续升高,之后才呈缓慢下降的变化趋势.本文还对有机物的吸附类型、吸附系数、反应机制等进行了分析.研究表明,利用薄层反应器的耗竭氧化反应,有助于深入了解有机物在电极表面的反应过程及其微观机制.     

N,N′-对羧苄基吲哚三菁敏化纳米TiO2电极的研究

应用光电化学方法研究了N, N′-对羧苄基吲哚三菁（Cy5）染料敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为,优化了敏化的条件.结合Cy5的循环伏安曲线和光吸收阈值,初步确定Cy5电子基态和激发态能级位置.结果表明,Cy5电子激发态能级位置能与TiO2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提高TiO2纳米晶的光电流,使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区,光电转换效率得到明显改善,在膜厚为6.5μm、敏化时间为6 h的条件下IPCE值（incident photo-to-electricity conversion efficiency）最高可达46.4％,总的光电转换效率η为1.70％.     

金属氧化物(Fe2O3, CuO,NiO)改性对TiO2纳米管阵列光电催化活性的增强效应

采用阳极氧化法和阴极电沉积法制备了Fe2O3,CuO和NiO纳米粒子改性的高度有序的TiO2纳米管(TiO2-NT)阵列.运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱等手段对Fe2O3/TiO2-NT、CuO/TiO2-NT和NiO/TiO2-NT复合电极进行表征.以苯酚为模拟污染物,考察复合电极的光电性能.结果表明,金属氧化物(Fe2O3,CuO,NiO)纳米粒子成功沉积在TiO2-NTs的管口、内壁和管底.金属氧化物改性复合电极的光电催化活性比未改性的TiO2-NTs提高了2倍以上.Fe2O3/TiO2-NTs在可见光区显示出最高的吸收强度.以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极处理苯酚废水,光照120min后苯酚去除率达到96%,而未改性的TiO2-NTs的苯酚去除率只有41%.此外,Fe2O3/TiO2-NTs在生成低毒中间产物方面表现出良好的性能.较高的复合电极光电催化活性主要是由于TiO2纳米管和过渡金属氧化物纳米粒子间构筑的高界面面积异质纳米结构,有效地促进了电子转移,抑制了光生电子-空穴对的复合.     

TiO_2纳米管阵列的制备与稀土掺杂改性研究

在水相中采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。探讨了稀土掺杂和染料敏化等因素对TiO2纳米管光电性能的影响,并对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-V is)、荧光光谱(FS)和光电测试等性能测定。实验结果表明,通过稀土(Gd3+,La3+,Y3+)掺杂TiO2纳米管的光电性能都有所提升,其中Y3+掺杂的TiO2纳米管的光电效率和填充因子最高达到0.92%和0.59,Y3+掺杂后染料敏化TiO2纳米管太阳能光阳极的光电转换效率增加了近3.2倍。     

TiO2纳米管的电化学性能研究

以锐钛矿相TiO2粉末和氢氧化钠作原料,应用化学合成法,于高温高压反应釜中制备TiO2纳米管.TEM、XRD分析显示,所得产物为锐钛矿相四方结构的TiO2纳米管.恒流充放电、循环伏安法测试表明,该TiO2纳米管首次嵌锂容量达260 mA.h/g,可逆容量高,有希望成为未来一种较好的新型锂离子电池负极材料.