Au/ZnO/TiO_2复合薄膜的制备及光电转换性质

以含有Au和ZnO纳米颗粒的氢氧化钛溶胶作为成膜液,通过浸渍-提拉及灼烧处理在导电玻璃表面制备Au/ZnO/TiO2复合薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法对所得产物进行表征.结果表明,Au和ZnO纳米颗粒均匀地分布在多孔TiO2薄膜上,通过TiO2、ZnO和Au三组分的协同效应促进了光吸收和电荷分离,使Au/ZnO/TiO2复合薄膜具有较好的光电转换性质,可用作太阳能电池材料.     

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。     

SiW12、PbS对提高TiO2纳米管光电转换效率的协同效应研究

复合薄膜可以改善TiO2纳米管在光电转换时电子-空穴易复合和吸收光谱范围窄的缺陷。用电沉积法将多酸H4SiW12O40（SiW12）沉积在TiO2纳米管表面形成SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,再用连续离子层吸附反应法（SILAR）将PbS吸附到SiW12 /TiO2纳米管复合薄膜表面,形成PbS/ SiW12/TiO2纳米管复合薄膜,所得薄膜的光电转换效率相较于TiO2纳米管提高了57倍。X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）表征结果表明,用电沉积法和连续离子层吸附反应法实现了PbS/SiW12/TiO2纳米管复合薄膜的制备;紫外可见（UV-vis）吸收光谱测试表明,复合薄膜的光吸收带边扩展到了可见光区域,电化学阻抗测试（EIS）表明,复合薄膜具有更高的电子转移速率;荧光光谱（PL）测试表明,复合薄膜拥有更小的电子-空穴复合率。以上结果说明,SiW12、PbS与TiO2纳米管复合,很好地抑制了TiO2纳米管电子-空穴的复合,并拓宽了吸收光谱范围,能显著地提高TiO2纳米管的光电性能。本文探索了一种有效提高TiO2纳米管光电转换效率的方法,对TiO2纳米管复合薄膜的制备具有一定的参考意义。     

Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结的制备及其可见光光电响应性质

采用阳极氧化法制备出结构规整的TiO2纳米管阵列,然后利用电化学沉积法制备出不同电沉积时间下Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结.通过SEM和UV-vis对样品进行表征,并对样品的可见光光电转换、光解水等性质进行了测试.结果表明,Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结体系在可见光区域有很强的吸收,TiO2与Cu2O之间形成的p-n结具有单向二级管的性质,能有效降低光生电子-空穴对的重组,提高光致电荷分离及电子-空穴对的迁移率.当电沉积时间为30 min时,Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结(Cu2O/TiO2NTs-30)表现出最优的可见光光电响应性质.虽然与TiO2纳米管相比,Cu2O/TiO2NTs-30的开路电压减少了0.046 V,但短路电流却提高了4.5倍,最大吸收波长处光电转换效率提高了近6倍.     

大粒径TiO2反射层对染料敏化太阳能电池性能改进

使用大粒径和小粒径两种纳晶TiO2制备双层纳晶薄膜电极,并应用于染料敏化太阳能电池中.用有机碱四甲基氢氧化铵做胶化剂制备的两种大粒径纳晶TiO2(粒径为250 nm和150 nm),用它们分别制备薄膜做为反射层;用小粒径纳晶TiO2(10-20 nm)来制备的纳晶多孔薄膜为底层膜,用于吸收大量的染料.研究表明,反射层的加入,大大提高了对光的反射率,改善了光电输出,提高了光电转换效率.     

Rup_2P表面敏化TiO_2基复合薄膜光致界面电荷转移

采用离子束溅射技术制备出TiO2/ITO、Zn2+掺杂的TiO2(TiO2-Zn)/ITO和TiO2/ZnO/ITO薄膜,采用表面敏化技术和旋转涂膜法,制备出(1,10-邻菲咯啉)2-2-(2-吡啶基)苯咪唑钌混配配合物(Rup2P)表面敏化的TiO2基复合薄膜Rup2P/TiO2/ITO、Rup2P/TiO2-Zn/ITO和Rup2P/TiO2/ZnO/ITO.表面光电压谱(SPS)结果发现:敏化后的TiO2基薄膜在可见区(400-600nm)产生SPS响应;TiO2基薄膜的能带结构不同,其在400-600nm和350nm处的SPS响应的峰高比不同.利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS),测定TiO2基薄膜和表面敏化TiO2基复合薄膜各种物理参数,并确定其能带结构.分析可知,表面敏化TiO2基复合薄膜在400-600nm的SPS响应峰主要源于Rup2P分子的中心离子Ru4d能级到配体1,10-邻菲咯啉π*1和2-(2-吡啶基)苯咪唑π*2能级的跃迁;TiO2中Zn2+掺杂能级有利于Ru4d能级到配体π*1和π*2跃迁的光生电子向TiO2-Zn导带的注入;TiO2/ZnO异质结构有利于光生电子向ITO表面的转移,从而导致可见光(400-600nm)SPS响应增强以及光电转换效率的提高.     

染料敏化太阳能电池用TiO2薄膜电极的改性制备及光电化学性能

以钛酸四异丙酯为钛源, 用水热法合成制备了具有典型锐钛矿晶型的TiO2纳米材料. 采用金属镍掺杂和表面包覆一层氧化钕, 对TiO2薄膜电极进行改性研究. 实验结果表明, 所制备纳米TiO2颗粒较均匀, 粒径约为17~18 nm. 经镍掺杂后, 颗粒团聚粒径明显增大, 但是仍保持均匀状态和多孔结构. 与改性前的TiO2薄膜电极相比, 金属掺杂和表面包覆有助于光生电子和空穴有效地分离, 电池的短路光电流提高了16%, 光电转换效率提高了17%.     

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.     

P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究

采用恒电位法在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)上制备了高度有序一维ZnO纳米棒阵列,将ZnO纳米棒阵列在TiO2溶胶中采用提拉法制备出了一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列.在一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积CdS纳米晶得到一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列,然后在一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT/CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米结构薄膜.以该纳米结构薄膜电极为光阳极制备出新型纳米结构杂化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,初步探讨了该类电池的工作机理.     

TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成法在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃基底上得到TiO2纳米阵列薄膜,并进一步通过NaOH溶液水热处理制备了由巢状纳米阵列及纳米片覆盖层构成的TiO2纳米阵列分级结构一体化薄膜.采用场发射扫描电镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和吸收光谱技术对TiO2薄膜的结构和性质进行表征.FE-SEM结果表明:分级结构TiO2薄膜膜厚为1.5μm,薄膜由一层纳米片覆盖层(约0.2μm高)和一层巢状纳米阵列层(约1.3μm高)组成.XRD谱图表明TiO2薄膜为锐钛矿相.UV-Vis光谱显示分级结构TiO2薄膜具有较强的光捕获能力和染料吸附能力.TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜作为光阳极,可有效地提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,其短路电流(Jsc)为7.79mA·cm-2,开路电压(Voc)为0.80V,填充因子(FF)为0.40,光电转换效率(η)为2.48%,其光电转换效率较TiO2纳米阵列薄膜提高了近10倍.     

还原态氧化石墨烯载Pd纳米催化剂对甲酸氧化的电催化性能

采用改进的Hummers法氧化石墨后,对其超声剥离成氧化石墨烯水溶液,继之通过乙二醇还原Pd金属离子和氧化石墨烯,得到了还原态氧化石墨烯（RGO）负载Pd纳米催化剂,并用于甲酸的电催化氧化.透射电子显微镜和X射线衍射结果显示：负载于RGO上的Pd粒子平均粒径为3.8nm,其优先在RGO的褶皱和边缘处生长.电化学测试表明：RGO上残存的含氧基团降低了Pd催化剂受CO毒化的程度,Pd/RGO催化剂表现出了较商业化Pd/C更高的电催化活性和更好的稳定性.     

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.     

负载型混晶纳米TiO_2/硅藻土复合材料的制备及其光催化性能

选用市售硅藻土作为载体,采用液相沉积法制备了负载型混晶纳米TiO2/硅藻土复合材料;采用扫描电镜、X射线衍射仪及红外光谱仪分析了复合材料的表面形貌和晶体结构;基于甲醛光催化降解实验考察了不同组成的负载型TiO2/硅藻土复合材料的光催化性能.结果表明,TiO2负载量为33.3%(TiO2与硅藻土的质量比为1∶2)的复合材料对甲醛光催化降解具有最佳催化活性.     

TiO_2/12-磷钨杂多酸/金复合纳米材料的制备及电化学性能

采用水热法制备TiO2纳米管(TNTs),然后以12-磷钨杂多酸(PTA)作为交联剂,运用光催化方法在TiO2纳米管表面负载金纳米颗粒(GNPs),从而得到新型复合纳米材料——TNTs-PTA-GNPs;借助傅立叶变换红外光谱仪,X射线衍射仪和透射电子显微镜分析了新型复合纳米材料的结构及形貌,并利用循环伏安法测试了其电化学性能.结果表明,GNPs均匀分布在TNTs表面,从而大幅度改善纳米材料的导电性;但复合纳米材料中无游离的金纳米颗粒.与此同时,TNTs-PTA-GNPs纳米材料具有良好的生物相容性,且可促进酶与电极之间的直接电子转移.     

Pd纳米粒子敏化的纳米单层TiO_2-Ru(Ⅱ)螯合物修饰电极对单磷酸鸟苷的电催化氧化行为

利用LB膜技术可控制备了纳米单层的二氧化钛-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Pd纳米粒子敏化后对单磷酸鸟苷(GMP)的电催化氧化行为.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(3.2±0.5)nm;(2)在光照条件下TiO2-Ru杂化膜能有效催化还原[Pd(NH3)4]2+形成粒径位于20～200nm之间的Pd纳米粒子;(3)纳米单层TiO2-Ru/Pd杂化膜能高效催化氧化具有供电子能力的单磷酸鸟苷(GMP),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1200mV时,ITO/TiO2-Ru/Pd电极在含有1×10-3molL-1GMP的磷酸盐缓冲液中,单位面积的催化氧化电流提高了约36倍;(4)Pd纳米粒子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,提高了杂化膜修饰电极(ITO/TiO2-Ru/Pd)的电子传递效率.     

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.     

紫外光下纳米TiO2 薄膜亲水性机理的电化学研究

The nanometer films of TiO2 were prepared by sol-gel method on ITO（Indium-tin oxide,SnO2:In） substrate. The TiO2 film was the anatase phase with a particle size of 100 nm from the measurements of X-ray diffraction and AFM（Atomic-Force-Microscope）. Electrochemical characteristics of ITO/ TiO2 electrode under UV（ultraviolet）irradiation were investigated using the method of cyclic voltammetry. A new oxidative peak was observed at 0.035 V when the TiO2 electrode was irradiated by 253.7 nm UV light for a certain time. The peak current increased with the irradiation time. It was assumed that the new oxidative peak resulted from Ti3+,which was formed during the UV illumination. The changes of hydrophilicity of the TiO2 thin film on ITO under UV light were also observed. It was assumed that the changes of hydrophilicity of the films may be related with the formation of Ti3+ on the surface when the film was irradiated by UV light.     

溴化银/二氧化钛复合材料的可见光催化性能

将硝酸银的乙醇溶液与溶胶凝胶TiO2混合得到前驱体,随后经共沉淀-煅烧制备得到AgBr/TiO2复合材料;采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析了复合材料的形貌、晶体结构、Ag元素的价态,采用紫外-可见漫反射光谱仪测定了其光吸收性能;进而以甲基橙(MO)的可见光降解为探针反应测定了AgBr/TiO2复合材料的可见光催化性能.结果表明,当前驱体在不同温度下煅烧后,无定形TiO2颗粒逐渐增大,并逐渐转变为锐钛矿结构;担载的AgBr可明显拓展TiO2的可见光吸收范围;Ag物种主要以Ag+形式存在.当煅烧温度为300℃时,复合材料的光催化活性最高,MO的降解率在60min内达到90%以上;随着煅烧温度的增加,催化活性逐渐降低.     

二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯/聚酰亚胺混合基质膜的原位聚合及气体渗透性能

以钛酸四丁酯为前驱体,采用浸渍-沉淀法制备二氧化钛纳米粒子-氧化石墨烯(TiO_2-GO)复合物,再将TiO_2-GO复合物与4,4'-(六氟异亚丙基)邻苯二甲酸酐和4,4'-二氨基二苯醚通过原位聚合构建TiO_2-GO/TiO_2-GO/PI(聚酰亚胺)混合基质膜,用于CO_2的渗透脱除.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、热失重(TG)和Zeta电位等表征了TiO_2-GO复合物和TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构;探讨了TiO_2掺杂量对TiO_2-GO复合物及TiO_2-GO/PI混合基质膜的结构和气体渗透性能的影响.结果表明,TiO_2-GO复合物中TiO_2纳米粒子较均匀地沉积在GO片层上,TiO_2纳米粒子在形成的同时破坏了GO的结构,使其无序度增加.TiO_2的掺杂对TiO_2-GO/PI混合基质膜的形貌与结构影响较小,但提升了TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2和N2渗透性能.但过量的掺杂使TiO_2粒子在GO片层上团聚,从而导致TiO_2-GO复合物在混合基质膜中的分散性变差,CO_2渗透性及CO_2/N2渗透选择性降低.当TiO_2掺杂质量分数为30%时,TiO_2-GO/PI混合基质膜的CO_2渗透性为360 Barrer[1 Barrer=10~(-10)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·cm Hg)=7.5×10~(-14)cm~3(STP)·cm/(cm~2·s·Pa)],CO_2/N_2的渗透选择性可达31.