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.     

丁二酸在Ti/TiO2膜电极上的电化学合成

在包含原料马来酸的硫酸溶液中, 通过原位阳极氧化法制备了Ti/TiO2膜电极, 然后采用极性转换技术在原溶液中电化学合成丁二酸. 采用XPS, XRD和SEM分析了膜电极上的元素组成、价态分布和氧化膜的晶相结构及表面形貌. 结果表明, 阳极氧化膜层内只含有Ti和O两种元素, 且Ti均为Ti4+; TiO2氧化膜是金红石相, 表观呈现带孔的条纹形貌. 通过循环伏安、恒电位阶跃和恒电流电解技术研究了Ti/TiO2原位氧化膜电极的电化学性质, 结果表明, 该膜电极对马来酸电还原合成丁二酸具有较好的电催化活性. 以钛基氧化钌电极(DSA)为阳极, Ti/TiO2原位氧化膜电极为阴极进行恒电流电解了实验. 结果表明, 丁二酸的还原产率为95.94%, 电流效率为95.57%, 产物纯度为99.28%, 熔点为185~187 ℃.     

Ti/nano TiO_2-ZrO_2修饰电极电催化还原马来酸制备丁二酸

采用溶胶-凝胶法制备高活性Ti基纳米TiO2-ZrO2膜电极.通过X射线衍射分析表明,纳米TiO2-ZrO2粉体呈微-纳二级结构.扫描电子显微镜测试表明,颗粒平均尺寸约为30 nm.通过循环伏安和恒电流电解技术研究发现,Ti/nanoTiO2-ZrO2电极对马来酸电催化还原制备丁二酸的活性要高于Ti/nanoTiO2电极,反应过程受扩散控制.以钛基氧化钌电极为阳极,Ti/nano TiO2-ZrO2膜电极为阴极进行恒电流电解实验.结果表明,控制电流密度20 mA cm-2,温度60℃,丁二酸的产率达到96%.     

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.     

聚3-甲基噻吩修饰量子点硫化铅连接TiO2纳米结构膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO2电极上制备了量子点PbS(Q-PbS), 并用电化学方法在TiO2/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene), PMeT]. 研究结果表明, PMeT和Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 在可见光区光电转换效率均比纳米结构TiO2的光电转换效率提高显著; PMeT与Q-PbS修饰的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 提高了光电转换效率.     

有机钌螯合物/TiO_2杂化膜修饰电极上Pt纳米团簇的光电流增强效应

利用LB膜技术可控制备了纳米单层和多层的二氧化钛-有机钌螯合物杂化膜,并研究了上述无机-有机杂化膜修饰电极在Pt纳米团簇敏化后的光电流增强效应.实验结果表明:(1)纳米单层TiO2/[Ru(phen)2(dC18bpy)]2+(简称为TiO2-Ru)杂化膜的平均厚度为(3.6±0.5)nm;(2)在光照条件下TiO2-Ru杂化膜能有效催化还原[Pt(NH3)6]4+形成粒径位于20～160nm之间的Pt纳米团簇;(3)Pt纳米团簇的引入消除了金属钌螯合物中配体对电子传递的阻碍作用,改变了电子传递途径,从而有效减少了电子空穴对的复合,提高了Pt纳米团簇敏化的n层杂化膜修饰电极(ITO/(TiO2-Ru)n/Pt)在支持电解质中的光电流.与纳米单层TiO2-Ru杂化膜修饰的ITO电极(ITO/TiO2-Ru)相比,当工作电压为900mV时,ITO/TiO2-Ru/Pt在0.1mol·L-1的NaClO4电解质溶液中和光照(λ360nm)条件下,单位面积的光电流提高了约5倍;(4)ITO/(TiO2-Ru)n/Pt电极光电流的大小与杂化膜的层数密切相关,当TiO2-Ru杂化膜的层数从一层、二层增加到四层时,光电流呈现先升高后下降行为,这表明ITO/(TiO2-Ru)n/Pt电极的电子传递过程直接通过非电活性的二氧化钛纳米单层进行.     

纳米TiO_2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.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的光电化学行为

在室温下采用射频磁控溅射法制备了纳米晶粒的TiO2薄膜,用循环伏安法研究了ITO/TiO2薄膜电极的光电化学行为,并测量了相应TiO2薄膜的亲水性与光催化能力.结果表明,在室温下制备的TiO2薄膜为无定形结构,当退火温度超过400 ℃时转化为锐钛矿结构.在400 ℃下退火的TiO2薄膜具有良好的亲水性和光催化能力. TiO2薄膜电极用254 nm的紫外光照射一定时间后会产生新的氧化峰,且随着光照时间的增加,峰电流也增加.初步认为用紫外光照射一定时间后, TiO2薄膜的循环伏安图的氧化峰属于光生的Ti3＋,而光致亲水性可能与Ti3＋的生成有关.     

贮氢电极合金ZrCr_(0.4)Mn_(0.2)V_(0.1)Co_(0.1)Ni_(1.2)高温电化学性能的研究

研究了AB2型Laves相贮氢电极合金ZrCr0.4Mn0.2V0.1Co0.1Ni1.2在不同温度下的放电容量、活化、高倍率和自放电等电化学性能.实验表明:25℃下,合金电极经13次循环后其最大放电容量为336mAh/g,在70℃下,仅需4次循环就达到298mAh/g;该合金在70℃,300mA/g电流下的高倍率放电性能比25℃时提高了约16%,但自放电性能却从3%/d下降到17%/d,虽然温度升高,合金的循环性能有所下降,但还是相当稳定的.这主要是因为循环过程中合金表面形成的氧化膜阻碍了合金元素进一步溶解造成的.     

TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变

以钛酸丁酯和季铵盐改性有机蒙脱石为原料,采用原位水解法和原位脱羟法制备了TiO2/蒙脱石纳米复合物。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)表征了不同焙烧温度下TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变,并与不同焙烧温度下纯TiO2的结构相变进行对比。结果发现TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2从锐钛矿相开始转变为金红石的最低温度要比纯TiO2从锐钛矿开始相转变为金红石的最低温度高200℃,且在焙烧温度1 200℃时还存在锐钛矿相,而纯TiO2在焙烧温度800℃时就全部转换为金红石相。TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2和纯TiO2的平均晶粒度都随焙烧温度升高而增大,但TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的平均晶粒度要小于相同温度下焙烧纯TiO2的平均晶粒度。表明蒙脱石结构层的硅氧结构抑制了TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相的转变,进而使相变温度升高,同时阻碍了晶体的生长。     

染料敏化太阳能电池的二氧化钛膜性能研究

以二氧化钛(TiO₂)纳米粉(P25)为原料,把它研磨成胶状,用涂敷法制得TiO₂纳米多孔膜,并组装成太阳能电池,用100W氙灯作为模拟太阳光,对电池进行光电性能测试.根据电池的短路电流(I_sc)、开路电压(V_oc)和填充因子(ff)等指标来反映电池的性能.研究表明,分散剂乙酰丙酮、OP乳化剂、研磨时间和热处理后的保温时间长短对TiO₂膜的性能均有很大的影响.其结果是,乙酰丙酮0.15mL、OP乳化剂0.10mL、研磨时间1h和保温时间0.5h时,TiO₂膜的光电性能较好,I_sc、V_oc和ff分别为8.85mA、567mV和0.445.并用XRD和比表面及孔隙分析仪对TiO₂膜进行了表征.     

十八硫醇自组装膜对TiO2光电氧化甲醇的敏化作用

纳米电极;甲醇光电氧化;十八硫醇自组装膜对TiO2光电氧化甲醇的敏化作用     

纳米尺度TiO2聚苯胺多孔膜电极光电化学研究

用光电流作用谱，光电流－电势图等光电化学方法研究了ＴｉＯ２／聚本胺复合多孔膜电极在不含氧化还原和含有没氧化还原对体系中的光电转换过程。结果说明，ＴｉＯ２／聚苯胺复合多孔膜电极为双层ｍ－型半导体结构，ＴｉＯ２多孔膜的禁带宽度为３．２ｅＶ，外层聚苯胺膜的禁带宽度为２．８８ｅＶ。     

Two Photoelectrochemical Processes for TiO2 Electrode under UV Illumination

TiO2 thin film electrode was prepared by a sol-gel method on ITO substrates. Cyclic voltammetric behavior of the ITO/TiO2 electrode under ultraviolet (UV) illumination was investigated in the solution of Na2SO4.There are two photoelectrochemical processes for TiO2 electrode under UV illumination.One is a fast process,which results in the appearance of anodic photocurrent.The anodic photocurrent will appear and disappear with the light on and off.The other is a slow process,which will be responsible for the appearance of an oxidative peak. When the electrode is illuminated under UV light for a long time,a new oxidative peak can be observed.The peak current increases with the increase of UV illumination time.It is assumed that the new peak belongs to the oxidation of Ti^3 ,which formed and accumulated on the electrode surface during the UV illumination.A detailed mechanism is proposed on the base of these two photoelectrochemical processes.It is assumed that the change of hydrophilicity of TiO2 thin film may be related to the slow process while the film irradiated by UV light.     

Enhanced water photolysis with Pt metal nanoparticles on single crystal TiO2 surfaces

Two novel deposition methods were used to synthesize Pt-TiO(2) composite photoelectrodes: a tilt-target room temperature sputtering method and aerosol-chemical vapor deposition (ACVD). Pt nanoparticles (NPs) were sequentially deposited by the tilt-target room temperature sputtering method onto the as-synthesized nanostructured columnar TiO(2) films by ACVD. By varying the sputtering time of Pt deposition, the size of deposited Pt NPs on the TiO(2) film could be precisely controlled. The as-synthesized composite photoelectrodes with different sizes of Pt NPs were characterized by various methods, such as SEM, EDS, TEM, XRD, and UV-vis. The photocurrent measurements revealed that the modification of the TiO(2) surface with Pt NPs improved the photoelectrochemical properties of electrodes. Performance of the Pt-TiO(2) composite photoelectrodes with sparsely deposited 1.15 nm Pt NPs was compared to the pristine TiO(2) photoelectrode with higher saturated photocurrents (7.92 mA/cm(2) to 9.49 mA/cm(2)), enhanced photoconversion efficiency (16.2% to 21.2%), and increased fill factor (0.66 to 0.70). For larger size Pt NPs of 3.45 nm, the composite photoelectrode produced a lower photocurrent and reduced conversion efficiency compared to the pristine TiO(2) electrode. However, the surface modification by Pt NPs helped the composite electrode maintain higher fill factor values.     

CdS敏化对TiO2纳米薄膜电极光生电荷转移特性的影响

1991年Gratzel等[1]以敏化的TiO2纳米薄膜电极组成的液体结光电化学太阳能电池(PEC),其光电转换效率(IPCE)达到10%. 最近,选用固态电解质使这种PEC的IPCE达到33%[2].于是用有机染料[3,4]及窄带隙半导体纳米微粒[5]敏化的电极受到了广泛关注.     

3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物修饰纳米结构TiO2薄膜电极的光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了铟锡导电玻璃(ITO)/3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCHT)膜电极以及ITO/TiO₂/3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCHT)复合膜电极的光电转换性质. 结果表明, CTCHT膜为p-型半导体, 禁带宽度为2.44 eV, 价带位置为－5.73 eV. 研究表明在ITO/TiO₂/CTCHT复合膜电极中存在p-n异质结, p-n异质结的存在能够使光生电子和空穴有效的分离, 有效地降低了电荷的反向复合几率, 提高了光电转换效率, CTCHT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强, 使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.