纳米结构ZnO/染料/聚吡咯光阳极的光电化学性质

用光电化学方法研究了染料RuL2 (NCS) 2 (L =2 ,2′ bipydine 4,4′ dicarboxylicacid) (简写为Dye)、聚吡咯 (PPy)敏化氧化锌 (ZnO)纳米晶电极以及用RuL2 (NCS) 2 和PPy复合敏化ZnO纳米晶膜电极的光电化学行为 .实验表明 ,ZnO/PPy纳米多孔膜电极为双层n 型半导体结构 .PPy和RuL2(NCS) 2 都可对ZnO纳米晶膜产生敏化作用 ,ZnO/RuL2 (NCS) 2 /PPy复合多孔膜电极产生的光电流远大于ZnO/PPy纳米多孔膜电极和ZnO/Dye多孔膜电极产生的光电流 .讨论了该电极的光生电子的机理 ,初步测定了ZnO/RuL2 (NCS) 2 /PPy电极作为光阳极的光电化学电池的工作特性曲线 ,测得该电池的光电转换效率为 1 .3% ,填充因子为 0 .75 .     

电聚合构建HRP传感器检测有机过氧化物

利用电化学还原氧化石墨烯(GO)的方法将还原石墨烯(erGO)沉积在电极表面上,然后电沉积氧化锌纳米棒(ZnO)构成erGO/ZnO复合纳米材料修饰玻碳电极(GCE),最后通过电聚合中性红(NR)电子介体包埋法将辣根过氧化物酶(HRP)固定在GCE/erGO/ZnO表面制得GCE/erGO/ZnO/HRP-PNR(聚中性红)。用SEM和能谱对复合纳米材料进行了表征,通过电化学阻抗法和循环伏安法对修饰电极进行了探究,通过循环伏安法和计时电流法研究了GCE/erGO/ZnO/HRP-PNR对有机过氧化物的催化性能,结果该修饰电极对过氧化氢叔丁基(BHP)和过氧化氢异丙苯(CHP)都具有良好的检测性能。     

ZnO/TiO2纳米管复合材料的制备及光电化学性能研究

采用电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管,然后用光化学沉积法在TiO2纳米管表面沉积ZnO纳米颗粒制备ZnO/TiO2纳米复合材料。对样品进行了Raman谱、XRD和SEM表征,通过测定光电流-时间(I-t)和开路电压-时间(OCPT)曲线对ZnO/TiO2纳米复合材料的光电化学性能进行研究。结果表明,沉积ZnO没有改变TiO2的相结构;复合ZnO提高了TiO2的光电性能;在Zn(NO3)2浓度为10-3 mol.L-1的条件下制得的ZnO/TiO2纳米复合材料具有较好的光电性能。     

ZnO/TiO2复合涂层电极的制备及其光电性能

以氧化铟锡导电玻璃为基材,采用电泳沉积法制备负载型ZnO/TiO2复合涂层,经450℃后续烧结处理后,采用XRD、SEM、EDX和UV-Vis DRS对ZnO/TiO2复合涂层进行表征;在pH=7.00的磷酸盐缓冲溶液中,分别测试ZnO/TiO2复合涂层电极在紫外灯和100 W白炽灯辐照下的电化学阻抗谱、Tafel极化曲线和循环伏安等电化学性质。结果表明:ZnO以200~300 nm晶粒分散于复合涂层中,质量百分比为0.74%;ZnO/TiO2复合涂层在可见光区有一定的吸收;在可见光辐照下ZnO/TiO2复合涂层电极具有较好的光电活性,并对水的分解具有较强的光电催化活性。     

基于氧化锌/碳纳米纤维材料的氧氟沙星电化学传感器的构建及应用

通过静电纺丝技术合成碳纳米纤维,以循环伏安法在此碳纤维上电聚合乙酸锌制备复合纳米材料作为一种新型的电化学增敏剂,用于修饰玻碳电极,开发了一种基于碳纤维和氧化锌复合材料的新型电化学传感器(ZnO/CNF/GCE)。使用循环伏安法、差分脉冲伏安法等进行电化学催化性能的研究,并优化实验条件。结果表明,与裸电极相比,在pH 5.5磷酸盐缓冲溶液中,ZnO/CNF/GCE修饰电极能使氧氟沙星的峰电流明显提升,线性范围1~200μmol/L,检测限为0.33μmol/L。该ZnO/CNF/GCE修饰电极已用于氧氟沙星滴耳液中氧氟沙星的含量测定。     

含氟水溶液中电化学刻蚀氟化WO3薄膜电极增强可见光光电化学性能

报道了在含氟的酸性水溶液中, 对电沉积制备的WO3薄膜电极进行电化学刻蚀, 并采用光电化学、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、光致发光(PL)等方法对电极进行了表征. 结果表明, 刻蚀使电极比表面积增大, 质量减少, 重要的是可使电极表面状态发生变化. 在相同催化剂质量和比表面积的条件下, 这种变化显著提高了WO3薄膜电极在可见光和紫外-可见光照下的光电转换性能. 机理研究表明, 电极光电化学性能提高可归因于刻蚀使电极表面发生氟化, 光生载流子表面复合中心数目减少, 平带电位负移. 刻蚀对电极的吸光性质和晶体结构等未检测出明显变化. 氟化电极在酸性中具有良好的光电化学稳定性.     

电化学还原预处理对BiVO_4薄膜电极光电化学氧化水性能的提高

在酸性水溶液中(pH=2.0),采用电化学还原(ER)方法对BiVO4薄膜电极进行预处理,并探讨了其对薄膜电极光电化学氧化水性能的影响.结果表明,这种预处理可显著提高电极的光电化学氧化水的性能,且具有良好的光电化学稳定性.利用扫描电子显微镜、X射线衍射、拉曼光谱、光电子能谱、紫外-可见漫反射光谱、荧光光谱、电化学阻抗谱及Mott-Schottky等方法对ER处理前后的电极进行了表征.结果表明,ER预处理使电极粗糙度增大,表面积增大约1.4倍;电极材料的晶型无明显变化,但V—O对称伸缩振动略有红移;表面Bi,V和O结合能变小,Bi3+部分被还原,Bi/V原子比增大;ER处理导致电极平带电位负移,光生载流子在薄膜电极/溶液界面转移速率加快,表面复合速率降低.这些变化和表面积增加是BiVO4电极光电化学性能提高的主要原因.     

砚状ZnO/石墨烯复合物的制备及其光催化性能

采用一步溶液法制备了具有砚状形貌的ZnO/石墨烯复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等研究不同制备条件下ZnO形貌、石墨烯的复合状态和砚状ZnO的生长机理;通过测试300W氙灯对甲基蓝溶液(MB)的光催化效率,研究制备条件、形貌结构对复合物的光催化性能的影响;通过对复合物光致发光(PL)光谱以及紫外-可见光谱测试,研究石墨烯复合物对光生电子-空穴对的复合以及光吸收效率的影响。研究结果表明,砚状ZnO的生长机理为"掏蚀机理";复合石墨烯增强了这种ZnO的光吸收效率、降低了ZnO的带隙,并且降低了光生电子-空穴对复合几率,有利于提高光催化性能;砚状ZnO的砚底上表面粗糙,有利于反应面积的增加,砚底的厚度较薄,有利于光生电子-空穴对在较强的内建电场下迅速向相反方向分离,降低其复合几率,从而使其具有优异的光催化性能。     

盐酸克伦特罗在纳米ZnO和多壁碳纳米管修饰玻碳电极上的电化学行为

制备了纳米ZnO与多壁碳纳米管(MWNTs)复合修饰玻碳电极(ZnO-MWNTs/GCE),考察了盐酸克伦特罗(CLB)在该修饰电极上的电化学行为。实验结果表明:纳米ZnO与MWNTs显著增强了修饰电极对盐酸克伦特罗的伏安响应,增加了电极的有效表面积,改善了电极的导电性和电催化活性。在2~30μmol·L-1和30~500μmol·L-1浓度范围内,CLB在所制备的修饰电极上的电流响应与其浓度线性关系良好,且该电极具有较好的重现性和稳定性。     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

碳纳米管/聚苯胺/石墨烯复合纳米碳纸及其电化学电容行为

通过真空抽滤的方法制备碳纳米管纸,并对其进行循环伏安电化学氧化处理.以该电化学氧化处理的碳纳米管(CV-CNT)纸为基体,采用电化学聚合沉积聚苯胺(PANI),随后吸附石墨烯(GR),制备具有三明治夹心结构的碳纳米管/聚苯胺/石墨烯(CV-CNT/PANI/GR)复合纳米碳纸.该结构外层为GR,内层由PANI包裹的CNT形成网络骨架,充分发挥三者各自优势构建柔性电极材料.用场发射扫描电镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱对其形貌与结构进行表征,并测试其电化学性能.研究发现:PANI呈纳米晶须状,并均匀包裹在CV-CNT表面;该复合碳纸具有良好的电容特性、大电流充放电特性以及良好的循环稳定性能.电流密度为0.5A·g-1时,比电容可达415F·g-1;20A·g-1时仍能保持106F·g-1的比电容.由于GR的保护作用,1000次循环之后较CV-CNT/PANI保持更高的有效比电容.该CV-CNT/PANI/GR复合碳纸展现出在高性能超级电容器柔性电极材料的潜在应用价值.     

新型纳米金修饰玻碳电极对水杨酸的电催化氧化

借助"种子媒介纳米金属生长法"制备新型的纳米金修饰玻碳电极,应用场发射扫描电镜、紫外-可见光谱分析和电化学方法等,研究该电极的表面形貌及其电化学性能.结果表明,该修饰电极对水杨酸的电化学氧化有明显的电催化作用,电极响应灵敏度是裸玻碳电极表面的1.8倍.其氧化峰电流与水杨酸浓度在5.0×10-7~8.0×10-5mol/L范围内呈良好的线性关系,可用于水中痕量水杨酸的检测.     

石墨烯/聚吡咯纳米纤维超级电容器电极材料的制备及其电化学性能

超级电容器因其具有较高的循环稳定性和较好的能量密度而成为储能器件中的研究热点,其电极材料及制备方法是决定超级电容器电化学性能的关键因素。 本文以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)为软模板,通过一步原位聚合法成功地制备了石墨烯/聚吡咯纳米纤维(GR/PPy NF)复合超级电容器电极材料。 通过X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、透射电子显微镜(TEM)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)等对复合材料的结构和形态进行了系统的表征。 利用电化学方法对GR/PPy NF复合电极材料的电化学性能进行了系统的分析。 结果表明,在电流密度0.5 A/g下,纳米复合材料的比电容量高达969.5 F/g,在充放电600圈之后,仍可保留初始比电容的88%,展示了良好的电容性能及循环稳定性。 GR/PPy NF制备简单,性能优异,是一种很有前途的能量转换/存储材料。     

过渡金属电催化剂在硅基光阳极分解水产氧中的作用

光电化学分解水可将太阳能转换为绿色的氢能,为目前的能源危机和环境问题提供了一种理想的解决方案.在分解水反应中,涉及四空穴过程的产氧半反应是制约性能的关键步骤,往往需要在半导体表面沉积电催化剂以加速产氧反应动力学.因此,全面理解电催化剂在光电化学分解水体系中的作用至关重要.在目前的产氧电催化剂中,过渡金属羟基氧化物电催化剂(MOOH,M=Fe,Co,Ni)因其环保、廉价、高效以及稳定的特性,已被广泛用于半导体光阳极分解水器件中.而且,MOOH可用简单的电沉积方法沉积在光电极表面,易于大面积制备.然而,电沉积法制备的MOOH具有复杂的结构,对其作用机制的全面理解更加困难.因此,本文以电沉积MOOH修饰的硅基光阳极(n⁺p-Si/SiO_x/Fe/FeOx/MOOH)作为模型,研究了不同电催化剂对硅光阳极光电化学产氧性能的影响.实验发现电催化剂的界面优化在电催化剂修饰的光电极中发挥着重要作用,这是因为优化的界面可以提升界面电荷传输,提供更多的催化反应活性位点以及更高的本征催化活性,从而更有利于光解水性能的提升.该项研究揭示了电催化剂在光解水器件中的作用,并为今后高效光解水器件的设计提供了一定指导.首先在多晶n⁺p-Si基底上热蒸镀了一层30 nm的金属Fe膜,并通过电化学活化将Fe膜表面转换为FeOx得到Fe/FeOx(记作aFe)界面层,然后利用电沉积方法制备MOOH表面修饰层,最终得到n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH光阳极.X射线光电子能谱、拉曼光谱以及扫描电子显微镜表面元素成像的表征结果均证实电极表面由于界面层金属Fe元素的掺杂而形成了Fe1-xNixOOH.在模拟太阳光下用于光解水产氧时,n⁺p-Si/SiO_x/aFe:NiOOH电极的起始电位为~1.01 VRHE(相对于可逆氢电极的电势),在1.23 VRHE下的光电流为38.82 mA cm^-2,显著优于n⁺p-Si/SiO_x/aFe、n⁺p-Si/SiO_x/aFe:FeOOH以及n⁺p-Si/SiO_x/aFe:CoOOH三个对比样品,且其稳定性达到75 h.另外,我们发现n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH电极的光电化学产氧性能均显著高于n⁺p-Si/SiO_x/aFe电极,且p++-Si/SiO_x/aFe:MOOH的电催化产氧性能也高于p++-Si/SiO_x/MOOH,不仅证明了aFe界面层对Si与MOOH层之间的界面接触作用的有效调控,而且表明双电催化剂体系(aFe:MOOH)的电催化产氧活性高于单电催化剂(MOOH).热力学分析表明,n⁺p-Si/SiO_x/aFe:MOOH光阳极的光电压大小与其光解水产氧性能并不一致,从而排除了热力学因素对性能的关键影响.进一步从塔菲尔斜率、电化学活性表面积和电化学阻抗谱对各电极的动力学进行了分析,证明了动力学因素在上述光阳极产氧性能中的主导作用.同时发现,由于aFe:NiOOH双电催化剂具有更高的本征电催化产氧性能,提供了更多的表面活性位点以及更有效地促进了光生载流子的传输,对动力学的提升效果更显著,从而使n⁺p-Si/SiO_x/aFe:NiOOH光阳极表现出最高的光解水产氧性能.     

ZnO-聚丙烯腈基复合碳纳米纤维修饰电极测定Pb~(2+)

以ZnO与聚丙烯腈(PAN)的混合液为前驱液,利用静电纺丝技术制备ZnOPAN纳米纤维,经预氧化和碳化处理得到ZnO纳米粒子负载碳复合纳米纤维(ZnOCNF)。扫描电镜(SEM)表征结果显示,ZnO纳米粒子在CNF表面分散均匀,且随着ZnO含量增加,纤维变细而粗糙。ZnO-PAN的比例为5∶6时,仍能得到纤维丝。接触角测试表明随着ZnO含量提高,纤维表面的水润湿性逐渐提高。同时,成功制备了ZnO-CNF复合纳米纤维修饰玻碳电极(ZnO-CNF/GCE),循环伏安(CV)法及电化学阻抗结果证明复合物膜成功修饰。方波溶出伏安(SWV)法结果表明,该修饰电极对重金属离子Pb~(2+)有灵敏的响应。在优化条件下,Pb~(2+)的溶出峰电流与其浓度在4.8×10-10~4.8×10-7 mol/L范围内呈现良好的线性关系,检出限(S/N=3)为2.4×10-10 mol/L,电极抗干扰性强、稳定性好。利用该方法测定了实际水样中Pb~(2+),并与电感耦合等离子体-质谱法(ICP-MS)进行对比,结果一致。     

高Al含量Ni/Al双氢氧化物的结构及循环伏安特性

为了合成具有优良电化学性能的Ni系列碱性电池氢氧化镍正极活性物质,本文以硫酸镍和硫酸铝以及硝酸镍和硝酸铝为原料,在搅拌及同时超声波作用的条件下,用共沉淀方法合成了Al含量为Ni含量30(mol)%～50(mol)%的高Al含量的NiAl层状双氢氧化物(HACNiAlLDHs)。用XRD技术表征了HACNiAlLDHs样品的晶体结构特征;采用粉末微电极循环伏安(CV)技术研究了典型HACNiAlLDHs样品的电化学性能。结果表明,合成的HACNiAlLDHs样品为αNi(OH)2;观察到HACNiAlLDHs电极在反向扫描过程中的“第2个还原电流峰”,该还原峰可能为γNiOOH—→αNi(OH)2的还原电流和γNiOOH—→αNi(OH)2还原“滞后”的电流的重叠电流峰;Al3 以及SO42-杂质离子对“第2个还原电流峰”的出现起到重要作用;SO42-在电化学反应过程中使γNiOOH的还原“滞后”,并使得αNi(OH)2在碱性介质中更加稳定;以硝酸盐为原料合成的LNHACNiAlLDHs样品具有优良的电化学性能,如可逆性、电极活性物质利用率、放电性能、循环性能和析氧过电位。     

氧化石墨烯改性ZnO/CeO2复合纳米材料的制备及其紫外屏蔽性能研究

以六水硝酸锌、六水硝酸铈、氧化石墨烯为原料,采用溶胶凝胶法制备了氧化石墨烯(GO)改性ZnO/CeO_2复合纳米紫外屏蔽剂。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见分光光度计(UV-Vis)等测试手段对产物的结构、组成及形貌进行表征,研究了氧化铈与氧化锌摩尔比、GO投入量、屏蔽剂用量以及pH值对复合纳米材料紫外屏蔽性能的影响,探索了氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米的最佳制备条件。结果表明:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料中GO、CeO_2、ZnO的平均粒径分别为8. 3、15. 4、37. 5 nm。当pH 6. 0、氧化铈与氧化锌摩尔比为4∶1、GO投入量为2. 0g、屏蔽剂用量为0. 06 g/L时,紫外屏蔽性能强弱顺序为:氧化石墨烯改性ZnO/CeO_2复合纳米材料 GOZnO/CeO_2复合纳米材料 CeO_2 ZnO。     

CdS量子点敏化ZnO纳米棒阵列电极的制备和光电化学性能

采用连续式离子层吸附与反应法制备了CdS量子点敏化的ZnO纳米棒电极.应用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对CdS量子点/ZnO纳米棒电极的形貌、晶型和颗粒尺寸进行了分析和表征;采用光电流-电位曲线和光电流谱研究了不同CdS循环沉积次数及不同沉积浓度对复合电极的光电性能影响.结果表明,前驱体浓度都为0.1mol·L-1且沉积15次敏化后的ZnO纳米棒阵列电极光电性能最好.与单纯的ZnO纳米棒阵列电极和单纯的CdS量子点电极相比,其光电转换效率显著提高,单色光光子-电流转换效率(IPCE)在380nm处达到76%.这是因为CdS量子点可以拓宽光的吸收到可见光区,并且在所形成的界面上光生载流子更容易分离.荧光光谱实验进一步说明了光电增强的原因是,两者间形成的界面中表面态大大减少,有利于减少光生电子和空穴的复合.     

P3HT与CdTe纳米枝晶p-n异质结敏化ZnO纳米管阵列的光电化学研究

采用电化学方法首先在ITO导电玻璃上制备了一维有序ZnO纳米管阵列,然后在ZnO纳米管阵列上采用电化学方法沉积纳米枝状CdTe,形成了纳米枝状CdTe包覆ZnO纳米管的CdTe@ZnO壳核式复合结构,最后在上述复合结构中旋涂一层P3HT薄膜形成P3HT包覆的P3HT@CdTe@ZnO复合薄膜. 以此复合薄膜为光活性层组装成半导体敏化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,对该电池的工作原理进行初步研究,所得太阳电池能量转换效率最高达到1.38%.     

BiVO4/CuBi2O4薄膜光电极的制备及光电性能

通过金属有机物分解法(MOD)协同光电化学沉积法, 将p型氧化物半导体CuBi₂O₄沉积在BiVO₄纳米薄膜上, 形成包覆性异质结结构, 制备了一种新型p-n异质结光阳极n-BiVO₄/p-CuBi₂O₄, 用于太阳能光电化学(Photoelectrochemical, PEC)水分解. 研究结果表明, 在1.23 V(vs. RHE)电势下, BiVO₄/CuBi₂O₄ 异质结光阳极表现出优良的PEC水氧化性能, 光电流密度达到2.8 mA/cm², 负载磷酸钴(Co-Pi)的BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi光电极, 光电流密度达到4.45 mA/cm², 分别为BiVO₄电极光电流密度的3.1倍和4.9倍. X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 电化学阻抗谱(EIS)和能级结构图等结果也证实, BiVO₄/CuBi₂O₄和BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi复合电极材料在内建电场和能带弯曲作用下, 光吸收特性增强, 载流子界面转移电阻减小, 具有良好的光电化学性能与稳定性.