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。     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

热处理气氛对 TiO2 纳米管阵列薄膜光电催化性能的影响

 采用原位阳极氧化法在 Ti 基底上制备了高度有序的 TiO₂ 纳米管阵列薄膜, 分别在 O₂, 空气, Ar 和 H₂ 气氛中于 500 oC 进行结晶热处理, 考察了热处理气氛对 TiO₂ 纳米管阵列薄膜光电催化降解亚甲基蓝 (MB) 反应性能的影响. 结果表明, 在这些气氛中热处理得到的锐钛矿晶型的纳米管阵列薄膜对 MB 降解满足一级反应, 其速率常数分别为 4.967, 3.127, 1.989 和 1.625 h^-1 (0.5 V). 电化学阻抗分析表明, TiO₂ 纳米管的光电催化性能受控于光生电荷的传递特性. 在 O₂ 中热处理, TiO₂ 纳米管的光吸收及激发性能得以改善, 且电荷传递阻抗降低, 因而其光电催化性能最好.     

氟掺杂TiO2纳米管的可见光催化活性及第一性原理计算

作为光催化技术的核心, 提高TiO₂的光催化活性和对可见光的利用率是当前光催化研究中最重要的研究课题. 为了提高TiO₂纳米管的可见光催化活性, 采用化学气相沉积法对TiO₂纳米管进行了氟掺杂. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明退火温度对于TiO₂纳米管的形貌完整性有较大影响, 当样品在550和700 °C下退火, 氟掺杂TiO₂纳米管结构受损; X射线衍射(XRD)分析表明氟掺杂对TiO₂由锐钛矿相转化为金红石相有阻碍作用; X射线光电子能谱(XPS)测试表明化学气相沉积能有效地对TiO₂纳米管进行非金属掺杂, 且该方法安全、操作简单. 氟掺杂TiO₂纳米管对甲基橙有较高的可见光催化降解活性. 第一性原理计算结果表明氟掺杂对TiO₂带隙无显著影响, 费米能级附近的F 2p轨道电子位于价带底部, 与O 2p交联作用较小, 因此对TiO₂光吸收带边影响不大. 氟掺杂能促进表面氧空穴的产生, 增加表面酸度与Ti³⁺, 有利于减少电子-空穴复合率, 从而提高其光催化活性.     

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.     

浸渍-分解法制备高可见光催化活性的Bi2O3/TiO2纳米管阵列

用浸渍-分解法将Bi₂O₃纳米颗粒沉积在TiO₂纳米管壁上, 制备了Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列. 用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定了Bi₂O₃/TiO₂ 纳米管阵列的化学组分, 利用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品. 通过在可见光下(λ>400 nm)降解甲基橙(MO)水溶液来评价样品的光催化活性. 结果表明, Bi₂O₃纳米颗粒均匀地沉积在TiO₂纳米管中. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列具有比纯Bi₂O₃膜和N-TiO₂纳米管阵列高得多的可见光催化活性. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列活性的增强是其强可见光吸收和Bi₂O₃与TiO₂之间形成的异质结的协同作用的结果.     

Fe2O3/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能

在钛基体上采用阳极氧化法制备了TiO₂纳米管阵列,采用化学浴方法在TiO₂纳米管阵列上修饰了Fe₂O₃纳米颗粒.利用扫描电镜、X射线衍射和紫外可见漫反射光谱等手段对材料进行了表征,同时测试了材料的光电化学性能及其光催化降解亚甲基蓝染料废水的性能.结果表明,Fe₂O₃纳米颗粒的修饰将TiO₂纳米管阵列的光响应拓宽至可见光区域,提高了光电流,Fe₂O₃/TiO₂纳米管阵列的光电流是未修饰的TiO₂纳米管阵列的9倍.而在光催化反应中,亚甲基蓝最高降解率可达80%,比未修饰的TiO₂纳米管阵列高出30%.     

Ce掺杂Bi2MoO6/TiO2纳米纤维异质结的制备及可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,通过溶剂热法制备了异质结型稀土Ce掺杂Bi₂MoO₆/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜（TEM）、紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）以及荧光光谱（PL）等分析测试手段对样品的物相、形貌和光学性能等进行表征。以罗丹明B为模拟有机污染物,研究了样品的可见光催化性能。结果表明：在稀土掺杂样品中,Ce离子进入Bi₂MoO₆晶格,部分取代Bi³⁺,导致晶胞膨胀,晶格畸变,形成缺陷;与TiO₂复合形成异质结,有利于光生电荷的产生、转移和有效分离,从而提高TiO₂纳米纤维的光催化活性。可见光照射180 min,罗丹明B的降解率达到95.1%。经5次循环光催化降解活性基本不变,样品具有良好的光催化稳定性。     

表面修饰的TiO2太阳能电池界面特性研究

用水热法制备了具有典型锐钛矿晶型的TiO₂纳米材料,采用Cr(NO₃)₃对TiO₂薄膜电极进行修饰改性。用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和光电子能谱(XPS)测试电极的物相及表面结构,结果显示TiO₂薄膜表面包覆一层粒径较大的氧化铬颗粒,整个电极仍保持均匀的多孔结构。电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)曲线测试结果显示,改性后最佳电极的短路电流和光电转换效率分别比改性前提高了31.1%和40.4%。用电化学阻抗谱(EIS)测试电池的界面特性,从测试结果可以看出,相同偏压下,改性后电池的TiO₂/染料/电解质界面电阻更大,说明氧化铬包覆层在一定程度上抑制了界面的电子复合,改善了电池的光电输出特性。     

CuO表面修饰锐钛矿TiO2纳米管阵列及其电化学嵌锂性能

以（CH₂OH）₂、NH₄F和HCl为电解液,纯Ti片、CuCl₂和NaNO₃为主要原料,联用阳极氧化和水热法制备CuO表面修饰锐钛矿TiO₂纳米管阵列锂离子电池负极材料（CuO/TiO₂）。使用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能谱仪（EDS）、X射线光电子能谱仪（XPS）和X射线衍射（XRD）,研究样品的形貌特征、元素分布、价态和微观物相组成。利用电池充放电测试仪和电化学工作站,探讨材料的电化学嵌锂性能。结果表明,表面修饰后的锐钛矿TiO₂纳米管阵列外侧出现了大量绒毛状纳米CuO,单个绒毛结构的宽度约4 nm,长度约10 nm。在0.3C的电流密度下进行恒电流充放电测试,首次放电容量为550 mAh·g^-1,充电容量为490 mAh·g^-1。50次循环后,可逆电流容量仍保持在320 mAh·g^-1,具有良好的循环稳定性和电化学特性。     

阳极氧化TiN薄膜制备N掺杂纳米TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过电泳沉积(EPD)的方法在Ti片表面制备TiN薄膜, 然后对TiN薄膜进行阳极氧化得到N掺杂多孔纳米结构的TiO2薄膜. 利用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM)及光电化学方法对得到的薄膜进行表征. XRD测试结果表明, 经过阳极氧化并在350 ℃空气气氛中退火1 h的薄膜中存在锐钛矿晶型的TiO2. XPS的结果表明, 样品中的N元素取代部分O, 且N的摩尔分数为0.95%. SEM显示, 经阳极氧化后薄膜表面出现多孔纳米结构. 光电化学测试结果显示, 阳极氧化提高了N掺杂TiO2薄膜在可见光下的光电响应. 经阳极氧化并热处理的薄膜在0 V电位及可见光照射下光电流密度为2.325 μA·cm-2, 而单纯热处理的薄膜在相同条件下光电流密度仅为0.475 μA·cm-2. 阳极氧化得到纳米多孔结构提高了N掺杂纳米TiO2薄膜的表面积, 从而对可见光的响应增大.     

复合方式对MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜光电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同复合方式的系列多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)/TiO2纳米复合薄膜电极. 通过SEM表征了薄膜的表面形貌, 并测定了MWCNTs引入前后对TiO2晶型结构和光吸收性能的影响以及不同复合方式的纳米复合薄膜的光电化学特性. 结果表明, MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜表面形成无序多孔的形貌, 其光谱吸收边可拓展到可见光区; MWCNTs底层分布的纳米复合薄膜比纯TiO2表现出更好的光电活性, 而MWCNTs在表层分布及均匀分布的纳米复合薄膜的光电活性相对较差. 依据载流子分离原理探讨了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响, 底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜由于MWCNTs有效地收集传递电子并阻止载流子的复合从而提高了光电化学活性.     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

聚苯胺/二氧化钛复合薄膜的制备及其气敏性能

室温条件下, 运用静电力自组装和原位化学氧化聚合相结合的方法制备了聚苯胺/纳米二氧化钛(PANI/TiO2)复合薄膜和聚苯胺(PANI)薄膜, 并通过XPS和SEM对薄膜进行了分析表征. 采用平面叉指电极式器件制备了PANI/TiO2复合薄膜和PANI薄膜气体传感器, 研究了其在常温下对有毒气体NH3和CO 的敏感性能. 结果表明, PANI/TiO2复合薄膜较PANI薄膜具有更优的灵敏度和响应恢复特性.     

Preparation of nitrogen-substituted TiO2 thin film photocatalysts by the radio frequency magnetron sputtering deposition method and their photocatalytic reactivity under visible light irradiation

Nitrogen-substituted TiO2 (N-TiO2) thin film photocatalysts have been prepared by a radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition method using a N2/Ar mixture sputtering gas. The effect of the concentration of substituted nitrogen on the characteristics of the N-TiO2 thin films was investigated by UV-vis absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The absorption band of the N-TiO2 thin film was found to shift smoothly to visible light regions up to 550 nm, its extent depending on the concentration of nitrogen substituted within the TiO2 lattice in a range of 2.0-16.5%. The N-TiO2 thin film photocatalyst with a nitrogen concentration of 6.0% exhibited the highest reactivity for the photocatalytic oxidation of 2-propanol diluted in water even under visible (lambda > or = 450 nm) or solar light irradiation. Moreover, N-TiO2 thin film photocatalysts prepared on conducting glass electrodes showed anodic photocurrents attributed to the photooxidation of water under visible light, its extent depending on wavelengths up to 550 nm. The absorbed photon to current conversion efficiencies reached 25.2% and 22.4% under UV (lambda = 360 nm) and visible light (lambda = 420 nm), respectively. UV-vis and photoelectrochemical investigations also confirmed that these thin films remain thermodynamically and mechanically stable even under heat treatment at 673 K. In addition, XPS and XRD studies revealed that a significantly high substitution of the lattice O atoms of the TiO2 with the N atoms plays a crucial role in the band gap narrowing of the TiO2 thin films, enabling them to absorb and operate under visible light irradiation as a highly reactive, effective photocatalyst.     

三氧化钼与金纳米粒子复合薄膜光致变色特性的研究

MoO3具有光致变色特性,在大屏幕显示、高密度存储和灵巧窗等研究领域中具有潜在的应用前景^[1-3]。但由于MoO3薄膜中相当一部分光生载流子被复合,其参与变色反应的利用率很低,导致MoO3薄膜的变色效率较低,使其难以实现实用化。半导体表面修饰贵金属后,在半导体／金属界面上可形成Schottky势垒,这将有助于光生载流子的有效分离,从而提高其利用率。据此,本文采用在MoO3薄膜表面修饰金纳米粒子的方法,制备了MnO3和金纳米粒子的复合薄膜（MoO3/Au),变色试验结果表明,MoO3/Au复合薄膜的紫外和可见光变色效率相对MoO3薄膜均有较大的提高。     

介孔TiO2-ZnO复合薄膜的制备与表征

以三嵌段聚合物P123为模板剂, 以钛酸异丙酯和二水乙酸锌为无机前驱体, 利用溶胶-凝胶法和旋涂法成功地制备了不同ZnO含量的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 在ZnO前驱体摩尔分数为0~50％范围内获得薄膜质量较高的介孔TiO2-ZnO复合薄膜. 用小角XRD、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、能谱仪(EDS)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)及X射线光电子能谱(XPS)对所得的复合薄膜进行了表征和分析. EDS和XPS等研究证明介孔薄膜为TiO2和ZnO的复合体系, 且ZnO前驱体含量的增加仍能保持TiO2-ZnO复合薄膜的均匀性. UV-Vis研究结果表明, 介孔复合薄膜的光学带隙宽度为3.45-3.58 eV, 随着ZnO含量的增加, 复合薄膜的紫外吸收蓝移.     

TiO2纳米薄膜的溶胶-凝胶工艺制备和表征

通过ｓｏｌ－ｇｅｌ工艺在普通钠钙玻璃表面制备了均匀透明的锐钛矿型ＴｉＯ２纳米薄膜,ＴｉＯ２薄膜的Ｘ射线衍射分析表明,当薄膜的厚度小于０．４６μ时,薄中未出现锐钛矿的衍射峰,随着镀膜次数或薄膜厚度的增加,薄膜中ＴｉＯ２纳米微晶的平均晶粒大小逐渐增大,ＴｉＯ２薄膜的透光率略有减小,其吸收阈值发生了明显的红移,ＸＰＳ实验结果表明：薄膜中除含有Ｔｉ、Ｏ元素外,还有一定量来自有机前驱物中未完全燃烧的碳和少量     

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.     

Fe3+-TiO2/SiO2薄膜催化剂的结构对其光催化性能影响

以硅胶为载体,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同量Fe3+的TiO2光催化剂(Fe3+-TiO2/SiO2),以氙灯为光源,罗丹明B为目标降解物,对其光催化活性进行了研究.结果表明,Fe3+-TiO2/SiO2比TiO2纳米粉有更好的催化活性,Fe3+的最佳掺入量为0.03％.罗丹明B在粉体和膜催化剂的作用下遵循不同的光催化反应机理.根据XRD,SEM,Raman,XPS和FTIR的表征结果可认为,TiO2在SIO2表面薄膜化和Ti-O-Si键的形成是催化活性提高和降解机理不同的主要原因.