CdS修饰TiO2纳米带制备及光催化降解有毒有机污染物

以硫酸钛为原料,在210℃低温下,水热制备TiO₂纳米带.通过沉淀法用CdS修饰TiO₂纳米带表面,制得TiO₂@CdS复合光催化剂,采用XRD、TEM和反射紫外对其结构及光化学特性进行初步表征.以可见光(λ≥450 nm)光催化降解罗丹明B(Rhodamine B,RhB)、水杨酸(Salicylic Acid,SA)及2,4-二氯苯酚(2,4-Dichlorophenol,2,4-DCP)为探针反应,研究反应温度、介质和负载CdS对TiO₂@CdS结构性能的影响.结果表明,所制备的TiO₂纳米带分散性好.复合粉末由锐钛矿相TiO₂和立方相CdS组成.常温25℃中性介质中用CdS修饰的TiO₂的活性,在可见光照射下,为单纯TiO₂纳米带的29倍.同时,TiO₂也促进了CdS可见光光催化活性的提高.通过跟踪降解体系紫外-可见光谱(UV-vis)、红外光谱(FTIR)和总有机碳(TOC)测定,结果发现TiO₂@CdS/vis体系在pH 7.0时,对SA的降解率较TiO₂纳米带有显著地提高,反应15 h和21 h后,RhB和2,4-DCP的矿化率分别可达到47.8%和30.8%.     

TiO2纳米微粒对PPV发光性能的影响

采用溶胶凝胶法制备了一系列PPV/TiO₂纳米复合膜,探讨了TiO₂纳米微粒对PPV发光性能的影响.研究发现,这些复合膜的发光性质依赖于TiO₂/PPV的质量比,.在TiO₂/PPV的质量比为1/9时,复合膜中的TiO₂微粒对PPV的荧光具有猝灭作用;当TiO₂/PPV的质量比为1/1时,复合膜中的TiO₂对PPV的荧光具有增强作用.通过FT-IR,UV-Vis,FL光谱和TEM探讨了复合膜微结构与其发光性质的关系.     

CeO2/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能研究

采用静电纺丝技术和水热合成法制备了CeO₂/TiO₂复合纳米纤维. 利用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和比表面积测定(BET)等分析测试手段对样品的形貌及结构进行了表征, 并以罗丹明B的脱色降解为模式反应, 考察了样品的光催化性能. 结果表明: CeO₂纳米粒子均匀地生长在TiO₂纳米纤维表面, 形成了异质结构的CeO₂/TiO₂复合纳米纤维光催化材料. 通过改变碱源, 可以得到不同形貌的CeO₂. CeO₂的存在增加了TiO₂纳米纤维的比表面积, 有效地实现TiO₂光生电子和空穴的分离, 增强了体系的量子效率, 与纯TiO₂纳米纤维相比光催化活性明显提高. 初步探讨了异质结的形成机理.     

CdS超薄片层包覆TiO2中空结构复合材料的形成和应用

本实验以钛酸四丁酯为钛源,醋酸镉为镉源,利用静电纺丝的方法制备了直径~250 nm的电纺丝纳米纤维。通过高温煅烧和硫化钠溶液进行水热处理,得到CdS超薄片层包覆TiO₂中空结构的纳米纤维。推测该复合结构形貌的形成过程为:在Ti/Cd(摩尔比)为1:1和2:1时,由于CdO的含量较高,反应过程中CdO溶解,并与反应溶液中的S^2-形成CdS超薄片层生长在纤维的外表面,剩余的TiO₂纳米粒子聚集形成中空的纳米管状结构;而Ti/Cd(摩尔比)为4:1和8:1时,由于溶解的CdO较少不足以形成TiO₂纳米管,同时,生成的CdS也不足以完全包覆TiO₂纳米纤维形成非管状结构。当Ti/Cd为1:1时,TiO₂@CdS复合材料具有最好的产氢活性。在300 W氙灯光照条件下和加UVCUT-420 nm滤光片下,50 mg催化剂产氢速率分别为19.7 μmol/h和3.4 μmol/h,这主要是由于所得到的复合结构中TiO₂为非晶材料。进一步在惰性气氛下煅烧,也很难将TiO₂晶化。     

Ru(bpy)2(NCS)2染料敏化CdS/Zn2+TiO2复合半导体纳米多孔膜的光电化学

采用水热法合成了Zn²⁺离子掺杂的TiO₂纳米粒子[Zn²⁺掺杂量0.5%(物质的量的比)],并用光电化学方法研究了经Ru(bpy)₂(NCS)₂(bpy=2,2′bipyridine₄,4′dicarboxylicacid)分别敏化的掺杂Zn²⁺的TiO₂电极(简写为Zn²⁺-TiO₂)和CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极的光电化学行为.实验证明Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比单独敏化Zn²⁺-TiO₂电极的光电转换效率高,且敏化Zn²⁺TiO₂电极和敏化CdS/Zn²⁺TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极比Zn²⁺-TiO₂电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动.在360600nm范围内,Ru(bpy)₂(NCS)₂敏化CdS/Zn²⁺-TiO₂复合半导体纳米多孔膜电极光电转换效率最好.     

纳米TiO2异相光催化降解2,6-二甲酚中间过程的UV吸收光谱和荧光光谱示踪研究

用半导体纳米材料(如TiO₂,SnO₂,CdS等)进行光降解消除污染物因其能最大限度利用太阳能和降解完全(有机质最终全部转化为CO₂,H₂O等)以及降解速率高的特点被认为是环境科学的新领域。异相光催化降解是有机物作为电子供体捕获TiO₂表面光生空穴自身被氧化降解的过程,因TiO₂价带空穴所具有强的氧化性,一般有机物都可进行光化学反应^[1]。这一过程总是以一系列的中间反应步骤所构成,中间体形成的峰形动力学曲线及其异于原初态的光谱特性对揭示光催化降解动力学过程至为重要。本文主要对2,6-二甲酚-纳米TiO₂悬浮体系光降解动态分子光谱进行示踪研究。     

三维网状Dy3+:YVO4/TiO2复合纤维的制备及光催化产氢性能

以电纺TiO₂纳米纤维为基质, 柠檬酸为软模板, 采用一步水热法制备了具有三维立体网状结构的稀土Dy ³⁺掺杂YVO₄/TiO₂复合纤维. 通过X射线衍射、 扫描电子显微镜、 X射线光电子能谱、 N₂吸附-脱附、 紫外-可见漫反射光谱及荧光光谱等手段对材料的组成、 表面形貌和性能进行表征, 以光分解水产氢实验考察其光催化活性. 结果表明, Dy ³⁺∶YVO₄纳米枝与TiO₂纳米纤维相互交联构筑的纳米纤维网具有大比表面积, 可提供更多活性位点, 改善了多相光催化反应的传递过程; 稀土Dy ³⁺掺杂的YVO₄与TiO₂复合形成异质结相互促进, 在拓宽光谱响应范围、 提高太阳光利用率的同时使光生电子-空穴对得到较好分离, 从而提高了样品的光催化活性. 模拟太阳光照射下, Dy ³⁺∶YVO₄/TiO₂复合纤维光催化产氢速率达到8.63 mmol· h ^-1·g ^-1, 是纯TiO₂纳米纤维的10倍.     

纳米TiO2的光致发光性能与SERS效应的关系

以采用溶胶-水热法制备的纯TiO₂及Zn掺杂的TiO₂纳米粒子作为SERS活性基底, 研究了其光致发光机制及其与表面增强拉曼散射(SERS)性能的关系. 结果表明, TiO₂纳米粒子的表面缺陷和氧空位等表面性质在其光致发光和增强拉曼散射性能中发挥着重要的作用. 在表面缺陷和氧空位含量较低时, TiO₂纳米粒子的光致发光光谱(PL)信号越强, 其SERS性能就越高; 当TiO₂纳米粒子的表面缺陷和氧空位含量达到一定程度时, TiO₂纳米粒子的PL信号越弱, 其SERS性能越高.     

金属镍掺杂改进纳米TiO2的表面增强拉曼散射性能

通过溶胶-水热法合成纯的和不同量Ni离子掺杂的TiO₂纳米粒子, 将其作为表面增强拉曼散射(SERS)活性基底, 研究了金属Ni掺杂对于纳米TiO₂ SERS性能的改进. 结果表明, 适量的Ni掺杂能够在纳米TiO₂的能隙中靠近导带底的位置形成丰富的掺杂能级, 促进TiO₂-to-molecule的电荷转移过程, 进而提高纳米TiO₂基底对吸附分子的SERS增强能力, 显著改进纳米TiO₂的SERS性能.     

TiO2/石墨烯复合材料的光生电荷分离调控与光催化产氢性能研究

半导体光生电荷分离是光催化过程中的关键步骤之一,其效率极大地影响了最终光催化性能.将TiO₂纳米片与石墨烯复合,能够促进TiO₂中光生电子和空穴的分离,从而提高其光催化活性.为了研究光生电荷的分离对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响,通过调控TiO₂纳米片的尺寸来调节TiO₂/石墨烯复合材料中光生电荷分离的能力,然后研究其对TiO₂/石墨烯复合材料光催化性能的影响.合成了一系列不同厚度的TiO₂纳米片,将其与石墨烯复合,并通过光沉积负载Pt纳米颗粒作为助催化剂,用于光催化产氢.实验结果显示,随着TiO₂纳米片厚度减小,其与石墨烯形成的复合结构的光催化性能显著提高.这主要是由于TiO₂纳米片厚度减小时,光生电子沿厚度方向穿过TiO₂纳米片迁移到石墨烯的距离缩短,从而减少了光生电子在迁移过程中与空穴的复合;同时TiO₂纳米片厚度减小使其比表面积增大,使得TiO₂/石墨烯界面面积增大,从而使石墨烯更好地分离出TiO₂中的光生电子,有更多的光生电子到达石墨烯参与催化反应,提高TiO₂/石墨烯复合材料的光催化性能.此研究表明通过控制TiO₂纳米片的尺寸来调控TiO₂/石墨烯复合材料中光生电子和空穴的分离,是显著提高其光催化性能的有效途径.     

ITO/TiO2表面电沉积CdS纳米粒子及其薄膜的光电性能

采用阴极恒电位沉积方法, 在TiO2表面沉积制备出CdS纳米粒子. XRD和SEM测试结果表明, CdS粒子的结构以六方晶相为主, 粒径分布均匀, 表面形貌呈菜花状. 通过调节沉积电位和沉积时间等因素在一定程度上可以控制CdS纳米粒子的生长. 随着沉积电位变负, CdS粒子的粒径逐渐减小. 沉积时间越短, 粒子粒径越小. 紫外-可见吸收光谱测试结果表明, 不同条件下制备出来的CdS粒子表现出一定的量子尺寸效应. 此外, 沉积条件也会影响ITO/TiO2/CdS复合半导体薄膜的光电性能.     

半导体纳米粒子在反胶束中的合成及其与芘分子间的跨相电子转移

本文在AOT/异辛烷反胶束中合成了CdS和ZnS半导体纳米粒子。粒子的荧光量子产率随胶束水含量的增大而减小。这可以归结为水含量增大导致胶粒表面Cd²⁺或Zn²⁺离子浓度降低,因为这两种离子在胶粒表面富集有利于形成硫空位,从而增大光生电子-空穴对的发光复合。研究发现,Ag⁺离子可以有效猝灭CdS和ZnS纳米粒子的荧光发射,该猝灭过程可以用Ag⁺离子在胶束中的Poisson分布来描述。以溶解在有机相中的pyrene作电子给体,在光激发下可以向CdS粒子注入电子,而和ZnS粒子间没有电荷转移发生,这可以解释为两种半导体的导带边相对于pyrene激发态氧化电位所处的位置不同。Cu²⁺或Ag⁺离子在ZnS颗粒表面吸附,可以形成Cu_xZn_1-xS或Ag_2xZn_1-xS复合粒子,降低ZnS粒子的导带位置,从而使之能够接受来自pyrene激发态的电子。实验结果证实了这种论点。     

TiO_2/CdS/Ru(bpy)_2(NCS)_2作为太阳电池光阳极的探讨

将 Cd S纳米粒子复合在 Ti O2 纳米多孔膜上 ,用染料 Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 对此复合半导体纳米膜电极进行敏化 ,测量了不同 Cd S复合量的 ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 光阳极组成光电池的能量转换效率 .实验证明 ,ITO/Ti O2 /Cd S/Ru( bpy) 2 ( NCS) 2 作为太阳电池光阳极的能量转换效率与 Ti O2 /Cd S复合半导体中 Cd S的含量有关 .当 Cd S复合时间为 5 min的电池的短路电流为 5 .2 3A/m2 ,开路电压为 0 .71 6 V,能量转换效率为 0 .77% .     

TiO2-双亲共聚物复合纳米粒子的合成与紫外光敏特性

用偶联剂乙烯基三乙氧基硅烷改性纳米粒子TiO₂, 应用超声技术将TiO₂ 纳米粒子分散在甲醇介质中, 然后用苯乙烯(ST)原位聚合包封, 再用丙烯酰胺或乙烯基吡咯烷酮(VP)共聚, 两步原位分散聚合得到了有机聚合物为壳、TiO₂为核的有机/无机复合粒子. 用红外光谱、紫外-可见光谱、透射电子显微镜等检测手段进行表征. 结果显示: 由于双亲共聚物对TiO₂纳米粒子的敏化作用, 紫外-可见光谱图上两种纳米复合粒子的最大吸收峰均有明显红移, 并且吸收光谱的范围扩大了, 其中尤以TiO₂/(PST-co-PVP)为甚. 意味着光敏化活性的提高, 特别是在可见光谱的范围内. 这种情形对宽带隙半导体材料如TiO₂纳米粒子的光催化特性是有利的, 表明这类材料的应用空间得到了拓展.     

Photoinduced electron transfer studies of Nile red in the presence of TiO2 colloidal nanoparticles

Photoinduced electron transfers between Nile red (NR) with TiO2 colloidal nanoparticles are studied using picosecond transient absorption and time resolved fluorescence spectroscopy. The dynamics of electron transfer from the dye molecule to the semiconductor were understood from the transient, and also the formation of conduction band electron and Nile red cation radical were detected.     

On the Origin of the Large Stokes-Shift of the Emission of CdS Nanoparticles Embedded in a Phosphate Glass Matrix

XRD and TEM characterisation evidenced the formation of well-dispersed CdS nanoparticles inside a phosphate glass matrix. Optical absorption and time-resolved photoluminescence study were carried out on the prepared glass samples. Optical absorption revealed the fast character of the growth of CdS nanoparticles in this medium. Photoluminescence spectra showed only one large band with a maximum at almost 740 nm, which was associated to transitions between energy levels within the bandgap of the CdS nanoparticles. From the steady state and time-resolved measurements, it was suggested that the emission comes mainly from sulfur vacancies inside the nanocrystals and on its surface, which act as deep traps for the photogenerated electrons. The creation of such vacancies was attributed to the loss of sulfur during the glass preparation as evidenced from a chemical analysis using energy dispersive X-ray spectrometry. These traps may be also induced by the fast growth of CdS nanocrystals in this matrix or laser exposure during PL measurements. These CdS-doped glasses with an intense absorption in the UV–Vis region and a large emission band with long lifetime and a large Stokes-shift are adequate for luminescent solar concentrators, photocatalytic applications and solid-state lasers.     

Visible-light photocurrent response of TiO2-polyheptazine hybrids: evidence for interfacial charge-transfer absorption

We investigated photoelectrodes based on TiO(2)-polyheptazine hybrid materials. Since both TiO(2) and polyheptazine are extremely chemically stable, these materials are highly promising candidates for fabrication of photoanodes for water photooxidation. The properties of the hybrids were experimentally determined by a careful analysis of optical absorption spectra, luminescence properties and photoelectrochemical measurements, and corroborated by quantum chemical calculations. We provide for the first time clear experimental evidence for the formation of an interfacial charge-transfer complex between polyheptazine (donor) and TiO(2) (acceptor), which is responsible for a significant red shift of absorption and photocurrent response of the hybrid as compared to both of the single components. The direct optical charge transfer from the HOMO of polyheptazine to the conduction band edge of TiO(2) gives rise to an absorption band centered at 2.3 eV (540 nm). The estimated potential of photogenerated holes (+1.7 V vs. NHE, pH 7) allows for photooxidation of water (+0.82 V vs. NHE, pH 7) as evidenced by visible light-driven (λ > 420 nm) evolution of dioxygen on hybrid electrodes modified with IrO(2) nanoparticles as a co-catalyst. The quantum-chemical simulations demonstrate that the TiO(2)-polyheptazine interface is a complex and flexible system energetically favorable for proton-transfer processes required for water oxidation. Apart from water splitting, this type of hybrid materials may also find further applications in a broader research area of solar energy conversion and photo-responsive devices.     

电沉积法制备介孔TiO_2/CdS薄膜光电极

采用阴极恒电位沉积法,在介孔TiO2薄膜上制备了介孔TiO2/CdS薄膜光电极,用XRD,SEM,Raman,SPS和UV-Vis等多种手段对薄膜电极进行了表征.结果表明,CdS成功沉积到介孔TiO2的表面和孔道内,形成了异质结结构.通过光电流作用谱考察了该复合体薄膜电极的光电性能,结果表明,与单纯的介孔TiO2薄膜相比,其光电转换效率显著提高,这是由于CdS具有吸收可见光的特性以及CdS与介孔TiO2形成异质结从而使得光生载流子更容易分离的结果.     

不对称菁染料敏化纳米TiO2的光生电流过程

用光电化学方法研究了不对称菁类染料敏化TiO2纳米结构电极的光电转换过程.结果表明,该染料的电子激发态能级位置与TiO2纳米粒子导带边位置匹配较好,光激发染料后,其激发态电子可以注入到TiO2纳米多孔膜的导带,从而使TiO2纳米结构电极的吸收光谱和光电流谱红移至可见光区,其 IPCE(Incident photon-to-electron conversion efficiency)值最高可达84.3%.并进一步结合现场紫外-可见吸收光谱研究了外加电势对激发态染料往TiO2纳米多孔膜注入电子过程的影响.     

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.