骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P₂₅制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P25制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33 μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

含氯离子电解液中二氧化钛纳米管的阳极氧化形成机理及应用

采用电化学阳极氧化的方法,以氯化铵(NH₄Cl)水溶液为电解液,在纯钛表面制备了二氧化钛(TiO₂)纳米管。考察了制备电压、氧化时间、Cl^-浓度和钛基体的退火处理对阳极氧化过程的影响规律,探讨了在含氯离子电解液中纳米管的形成机理,并基于上述含氯离子电解液中纳米管形成机制,通过两步阳极氧化法得到无支撑纳米管薄膜。     

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。     

TiO2微粒功能化多孔Al2O3膜的光电化学研究

用恒电位法制备了多孔Al₂O₃薄膜, 通过在Al₂O₃薄膜孔内水蒸汽水解钛酸异丙酯生成了锐钛矿型TiO₂微粒, 制备出了Al₂O₃与TiO₂微粒的复合薄膜. 用XRD, SEM, 光电化学方法进行了研究. 实验表明: 该复合薄膜具有光电转换特性, 在光催化、光电化学太阳能转换中具有应用价值.     

贵金属掺杂Ti/TiO2电极的制备及其电催化性能研究

采用阳极氧化-阴极电沉积两步法: 先在钛基体上用阳极氧化法制备多孔TiO₂薄膜, 接着在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法掺杂Pt, Ir来制备Ti/TiO₂-Pt修饰电极和Ti/TiO₂-Ir修饰电极. 用XRD, SEM分析了掺杂前后的成分、相结构及表面形貌的变化, 结果表明: Pt优先沉积在TiO₂多孔中; 与Pt不同, Ir没有表现出在TiO₂孔中优先沉积的现象, 出现这种现象的原因是这两种贵金属的电沉积电位相对于n-TiO₂的平带电位不同. 使用SIMS分析了在Ti/TiO₂-(Pt/Ir)修饰电极中Ti, Pt, Ir的浓度分布, 大致算出TiO₂薄膜厚度为750 nm左右. 由极化曲线和阻抗谱结果得出: 掺杂Pt, Ir明显改善了Ti/TiO₂ 电极的电催化性能, 且随着Pt沉积时间的增长, 修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性提高.     

阳极氧化法制备TiO2多孔薄膜

本文综述了制备TiO2薄膜的各种方法,详细介绍了阳极氧化法制备TiO2多孔膜的进展,在非含氟电解液体系中,对纯钛进行阳极氧化处理可制得表面呈无规则生长的多孔膜结构;在含氟电解液体系中,则可自组织形成高度有序的TiO2纳米管阵列,并指出阳极氧化法是可在常温低压下进行、操作工艺简单、薄膜性能稳定、再现性好的一种最具工业化应用潜力的制备方法。     

贵金属掺杂Ti/TiO2电极的制备及其电催化性能研究

采用阳极氧化-阴极电沉积两步法: 先在钛基体上用阳极氧化法制备多孔TiO₂薄膜, 接着在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法掺杂Pt, Ir来制备Ti/TiO₂-Pt修饰电极和Ti/TiO₂-Ir修饰电极. 用XRD, SEM分析了掺杂前后的成分、相结构及表面形貌的变化, 结果表明: Pt优先沉积在TiO₂多孔中; 与Pt不同, Ir没有表现出在TiO₂孔中优先沉积的现象, 出现这种现象的原因是这两种贵金属的电沉积电位相对于n-TiO₂的平带电位不同. 使用SIMS分析了在Ti/TiO₂-(Pt/Ir)修饰电极中Ti, Pt, Ir的浓度分布, 大致算出TiO₂薄膜厚度为750 nm左右. 由极化曲线和阻抗谱结果得出: 掺杂Pt, Ir明显改善了Ti/TiO₂ 电极的电催化性能, 且随着Pt沉积时间的增长, 修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性提高.     

CdS/TiO2纳米管复合结构的制备与光电性能研究

利用阳极氧化法在钛金属基体表面制备一层TiO₂纳米管阵列薄膜, 然后通过水热反应在TiO₂纳米管上负载CdS纳米粒子, 形成CdS/TiO₂纳米管的复合结构。利用SEM、XRD、XPS、UV-Vis等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了CdS/TiO₂纳米管的光电性能和光催化活性, 结果表明, 相比于TiO₂纳米管, CdS/TiO₂纳米管复合结构在紫外光和可见光下都具有更好的光催化活性及光电性能。     

TiO2纳米管双室光电化学池光催化制氢的研究

以阳极氧化法在纯钛表面制备了高度有序的TiO₂纳米管阵列,并通过SEM观察其表面形貌。采用双室光电化学池制氢体系,利用太阳光照TiO₂产生的光电压与双室电解液pH差产生的化学偏压的协同效应,不施加外加电压,可直接在阴极室还原制取氢气。通过在碱性电解液中添加乙二醇为电子给体,将光解水制氢与有机物的降解耦合为一体,提高太阳能的利用率,同时考察了阳极室电解液中添加不同含量乙二醇对TiO₂纳米管光阳级的光电化学性能及产氢量的影响。实验结果表明,乙二醇的添加降低了光生电子-空穴对的复合几率,使TiO₂纳米管的光电流、光电压、产氢量得到显著提高。当添加乙二醇的浓度为10vol%时光电流达到13.7mA·cm^-2,无外加电压条件下,双室光电化学池中的产氢速率最高达到3.8μmol·min^-1·cm^-2。     

多孔材料负载金催化剂的制备与应用*

本文综述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂的制备、表征与应用研究的最新进展,从多孔载体的选择（氧化物、微孔分子筛、介孔氧化物、介孔分子筛和介孔碳材料）、金的最新负载方法（沉积-沉淀法、溶胶-凝胶法、原位法/一步法和化学气相沉积法）与表征及其催化性能（一氧化碳低温氧化、氢气/氧气直接合成过氧化氢、直接合成环氧丙烷和有机物的选择性氧化）等方面详尽地评述了微孔材料和介孔材料负载型金催化剂研究概况。同时,提出了多孔材料负载金催化剂存在的一些问题,并展望了其研究和发展的方向。     

有机电解液在阳极氧化法制备TiO2纳米管中的应用

二氧化钛纳米管由于其特殊的结构和优异的性能,在很多领域都有着重要的应用前景。阳极氧化法是制备二氧化钛纳米管的一种主要方法。近来,在阳极氧化法中使用有机电解液来制备二氧化钛纳米管取得了非常显著的效果。与传统的水溶性电解液相比,其深宽比和光电转换效率有了很大的提高。本文主要介绍了二氧化钛纳米管的阳极氧化原理以及有机电解液在阳极氧化法中对二氧化钛纳米管生长过程的影响。     

PVA在提高TiO2/CdSe异质结光催化活性与抗光腐蚀性能方面的应用及机理

通过阳极氧化法和电化学沉积制备了TiO_2/CdSe异质结膜,并通过旋涂结合后续热处理的方法,在TiO_2/CdSe异质结膜上制备适量脱水态的聚乙烯醇(PVA)来提高TiO_2/CdSe异质结抗光腐蚀性能。采用XRD,SEM,FTIR,UV-Vis,PL,电化学测试,光催化降解罗丹明B等方法对样品的晶体结构、微观形貌、光电化学性能、光催化性能等进行了表征,并通过测定光降解体系中Cd2+的浓度,研究了纳米复合材料的抗光腐蚀性能。结果表明,与TiO_2/CdSe相比,TiO_2/CdSe/PVA纳米复合材料不仅具有更好的可见光光催化活性,还具有良好的可见光光催化稳定性和抗光腐蚀性能。同时,PVA的存在对光催化反应中的二次污染物Cd2+也有抑制作用。     

聚合物孔材料的制备*

聚合物孔材料的制备和应用研究已经成为聚合物科学和材料科学热点,制备聚合物孔材料的方法发展很快。本文综述了聚合物孔材料的制备方法,包括胶体晶模版法、水模版法、超临界二氧化碳发泡法、自组装法等。其中本课题组首次提出的无模版自组装法操作简单、无需模版、环境友好,具有广阔的发展前景。     

TiO2纳米管阵列负载不同形貌Cu2O薄膜的制备及光电性能研究

本论文采用阳极氧化法在金属钛基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜,然后采用脉冲电流法在TiO2纳米管阵列上沉积Cu2O,从而制备出Cu2O-TiO2纳米管阵列异质结复合薄膜。借助X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,详细探讨了Cu2O沉积过程中电解液的不同扰动方式(静止、磁力搅拌和超声搅拌)对复合薄膜物相和形貌的影响。实验结果表明电解液的扰动方式会影响Cu2O沉积过程中的离子扩散和微区化学环境,从而影响Cu2O的形貌。通过漫反射紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)和光电流性能测试可知所制备的负载Cu2O型TiO2纳米管阵列薄膜具有显著的可见光响应效应。     

The evolution of morphology of ordered porous TiO2 films fabricated from sol-gel method assisted ZnO nanorod template

Ordered porous TiO₂ films, including TiO₂ nanotube arrays, are fabricated by a sol-gel dip-coating approach via ZnO nanorod templates obtained from aqueous solution approach. The results indicate that the morphologies of ordered porous TiO₂ films have been great affected by the sol-gel dip-coating cycle number. Open-ended TiO₂ nanotube arrays can be obtained in optimum dip-coating cycle numbers. The TiO₂ nanotubes with the inner diameter matching well with the diameters of ZnO nanorods, are well assembled and separate each other. When the cycle number is less than this optimum value, no intact porous TiO₂ film can be obtained. As the cycle number is larger than this optimum value, an ordered porous TiO₂ film with many throughout holes is formed. The evolutive mechanism of ordered porous TiO₂ films is proposed.     

溶胶-凝胶法制备纳米WO3气致变色材料

本文主要阐述了纳米WO₃气致变色材料的溶胶-凝胶制备方法、气致变色机理及其应用的研究新进展,重点评述了溶胶-凝胶法中各种制备条件诸如掺杂、模板剂、溶剂、热处理温度等对这种材料的结构和性能的影响,最后展望了纳米WO₃气致变色材料的研究和应用前景。我们认为,在未来的溶胶-凝胶法制备纳米WO₃气致变色材料领域,如何进行最优化的掺杂设计和选择高效模板剂、如何降低气体检测温度、以及气致变色机理等将是该项研究的重点。     

Formation of Anatase Nanocrystals in Sol-Gel Derived TiO2-SiO2 Thin Films with Hot Water Treatment

We have successfully prepared transparent and porous anatase nanocrystals-dispersed films by treating the sol-gel derived TiO₂-SiO₂ films containing poly(ethylene glycol), PEG, with hot water. This process was done at temperatures lower than 100°C under atmospheric pressure, and thus anatase nanocrystals-dispersed films can be formed on various kinds of substrates including organic polymers with poor heat resistance. The changes in structure and composition of the TiO₂-SiO₂ gel films with hot water treatment were related to the formation process of anatase nanocrystals in the TiO₂-SiO₂ gel films with hot water treatment. The formation of anatase nanocrystals was found to proceed to hydrolysis of Si–O–Ti bonds and dissolution of SiO₂ component. In addition, porous film structure formed by leaching of PEG with hot water treatment led to homogenous dispersion of anatase nonocrystals in the films.     

Photocatalytic Oxidation of Aniline in the Gas Phase Using Porous TiO2 Thin Films

The gas-phase photocatalytic oxidation of aniline on a new kind of porous nano-TiO₂ composite films is investigated. The composite film was prepared on glass fiber with the water glass as binders and dilute H₂SO₄ solution as solidifying reagent. The surface characters were observed by scanning electron microscope. The photocatalytic degradation of aniline on the composite films was carried out in a TiO₂/UV system. Some important factors affecting the photodegradation, such as the concentration of TiO₂, the initial concentration of aniline, and the existing water vapor, are also studied. The product of photocatalytic oxidation was detected by Fourier transform-Infrared. The partial intermediate products were absorbed on TiO₂ surface, which resulted in catalyst deactivation. But when it was irradiated under UV illumination or solar irradiation for some time, the catalyst could be reused without loss of catalytic activity. Translated from the Journal of Wuhan University (Natural Science Edition), 2005, 51(2) (in Chinese)