NiO/TiO2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能

本工作通过修饰TiO₂制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO₂纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO₂纳米管膜比较,NiO/TiO₂纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L^?1 KOH和1 mol·L^?1 CH3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm^?2,是纯TiO₂纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L^?1 NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5 h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

ZnSe/MoO_3/TiO_2复合膜的制备及其光生阴极保护效应

针对TiO_2半导体不能有效吸收可见光,光电转换效率较低等问题,可通过对TiO_2半导体进行修饰和改性,制备TiO_2复合材料,提高其光电化学性能。因此,本工作以Ti表面制备的TiO_2纳米管膜为基础,分别应用循环伏安电沉积法和脉冲电沉积法在膜表面先后沉积MoO3和ZnSe颗粒,获得具有级联能带结构的ZnSe/MoO3/TiO_2纳米管复合膜,并将其应用于对403不锈钢(403SS)实施光生阴极保护。相较于纯TiO_2纳米管膜,紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和光致发光(PL)谱测试表明,ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的吸收边红移,在可见光区具有良好的光吸收性能,光生载流子复合得到更有效抑制。光电化学测试表明,白光照射下,处于0.5 mol·L~(-1) KOH溶液中的ZnSe/MoO3/TiO_2复合膜的光电流密度达到了同条件下纯TiO_2膜的2倍,可使与之耦连的浸泡于0.5 mol·L-1 NaCl溶液中的403SS电极电位下降470 mV,显示出良好的光生阴极保护效应。复合膜还具有一定的储能特性,在光照后又转为暗态的22.5 h内仍对403SS具有一定阴极保护作用。     

钴离子（Co（2＋））掺杂TiO2纳米管阵列的光生阴极保护行为

应用电化学阳极氧化法在纯钛箔表面构筑TiO2纳米管阵列膜,借助离子交换法对纳米管阵列膜作钴离子（Co2＋）掺杂.扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）观察膜层的形貌和晶型,紫外-可见吸收光谱（UV-Vis）、光电化学分别测试Co2＋掺杂TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为,考察C...     

TiO_2纳米管阵列的制备及其对316不锈钢光生阴极保护作用的研究

应用直接电化学阳极氧化法,于含氟电解液中,在纯钛表面制备一层整齐有序的TiO2纳米管阵列.扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)表征该纳米管阵列的形貌及晶体结构,光电化学联用系统研究其光电响应特性及对316L的光生阴极保护作用.结果表明:以TiO2纳米管阵列膜作为光生阳极时,在紫外光区(λ<387nm)有显著增强的光生电流响应,并对316不锈钢有较好的光生阴极保护作用.暗态下,光生电极电位仍可维持较长的一段时间,继续起到阴极保护作用.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列对不锈钢的光生阴极保护

在含FeSO4的HF、H2SO4/HF、NaF/Na2SO4溶液中,通过电化学阳极氧化直接在纯钛表面制备Fe 掺杂的TiO2(Fe-TiO2)纳米管阵列. 应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X 射线光电子能谱(XPS)等手段对纳米管阵列的结构、形貌及化学组成进行表征. 利用光电化学测量研究Fe-TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为. 考察了温度、时间、掺杂含量等参数对TiO2纳米管阵列的几何尺寸、形貌和光电性能的影响. 结果表明, Fe掺杂可有效减缓TiO2纳米管阵列载流子的复合, 窄化TiO2带隙宽度, Fe-TiO2在410-650 nm范围显示强吸收, 并使光谱响应扩展到波长大于400 nm 的可见光区. 实验结果还表明, Fe-TiO2纳米管阵列对316不锈钢(316L)具有良好的光生阴极保护作用, 暗态下阴极保护作用可继续维持.     

Bi2S3/CdSe共修饰TiO2纳米管膜的构建及其光电化学阴极保护效应

为获得良好光电化学性能的TiO₂半导体复合膜,采用Bi₂S₃和CdSe对TiO₂纳米管膜进行共修饰。以阳极氧化法在Ti表面先制备TiO₂纳米管膜,再通过恒电流电沉积和连续离子层吸附反应在纳米管表面依次沉积CdSe和Bi₂S₃,构建了具有级联能带结构的Bi₂S₃/CdSe共修饰的TiO₂纳米管复合膜。结果表明,Bi₂S₃/CdSe/TiO₂纳米管复合膜对可见光吸收显著增强,光电化学性能大幅度提高。白光照射下,复合膜的光电流密度为670μA·cm^-2,达到了纯TiO₂纳米管膜的17.6倍。Bi₂S₃/CdSe/TiO₂复合膜作为光阳极可使0.5 mol·L^-1 NaCl溶液中的4...     

水热法制备TiO_2纳米线薄膜的光生阴极保护性能

应用水热法在钛箔表面制备TiO2纳米线薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见分光光度法对薄膜进行表征,用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO2光生阴极保护性能.结果表明:薄膜由纵横交错的锐钛矿型TiO2纳米线组成,纳米线的直径约10nm.在150℃下反应6h生成的TiO2纳米线薄膜在0.3mol·L-1 Na2SO4溶液和0.3mol·L-1 Na2SO4+0.5mol·L-1 HCOOH混合溶液中对与TiO2薄膜耦连的403不锈钢均有良好的阴极保护效应.TiO2膜所在溶液中含有HCOOH时,可使耦连的403不锈钢在0.5mol·L-1 NaCl溶液中电极电位负移约545mV,界面反应电阻显著变小,表明电解质溶液加入HCOOH可以增强TiO2纳米线薄膜对403不锈钢的光生阴极保护效应.     

TiO_2表面NiO光催化活性中心的构建及其光催化析氢性能研究

本文采用离子快速注入法,在低温条件下利用微量NiO物种对TiO_2光催化剂表面微结构进行了修饰和改性,构建了NiO光催化反应活性中心。研究结果表明,Ni物种是以TiO_2-NiO-H形式存在于TiO_2表面;相对于未修饰的TiO_2光催化剂,NiO的修饰很大程度上提高了其光催化析氢性能,在最佳条件下,放氢速率由1.1μmol·h~(-1)提高到241.4μmol·h~(-1)。另外,Ni物种含量,热处理温度,乙醇电子给体浓度,催化剂悬浮浓度对光催化析氢性能也有明显的影响。光电化学实验结果表明,NiO的表面修饰能够产生有效的光催化反应活性中心,增强了光生电子-空穴电子对的分离效果。所制备的光催化剂采用X射线粉末衍射(XRD),光电子能谱(XPS)等技术进行表征。     

Bi_2WO_6/TiO_2纳米管异质结构复合材料的多模式下的光催化活性比较（英文）

以TiO_2纳米管为模板,采用多组分自组装结合水热法制备Bi_2WO_6/TiO_2纳米管异质结构复合材料。通过多种技术如X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),N2吸附-脱附,扫描电镜(SEM),高分辨透射电镜(HRTEM)和紫外可见漫反射吸收光谱(UV-Vis DRS)考察所制备样品的组成、结构、形貌、光吸收和电子性质。Bi_2WO_6纳米片或纳米粒子分布在TiO_2纳米管上,形成异质结构。随后,通过在紫外、可见和微波辅助光催化模式下降解染料罗丹明B(Rh B)来评价复合催化剂的光催化活性。与TiO_2纳米管和Bi_2WO_6相比,Bi_2WO_6/TiO_2-35纳米管在多模式下表现出更优异的光催化活性。与紫外和可见降解模式相比,Bi_2WO_6/TiO_2-35纳米管在微波辅助光催化模式下对Rh B的降解效率最高。这种增强的光催化活性源于适量Bi_2WO_6的引入、纳米管独特的形貌特征和降解模式所引起的增强的量子效率。降解过程中的活性物种被证明是h+,·OH和·O2-自由基。而且,在微波辅助光催化模式下,可产生更多的·OH和·O2-自由基。     

TiO_2纳米管电极上电化学还原CO_2生成CH_3OH

采用原位阳极氧化-煅烧法制备TiO_2纳米管(TiO_2NTs)电极,运用X射线衍射(XRD)、电场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)、双电位阶跃测试等对制备电极进行表征,考察了其在0.1mol?L~(-1) KHCO_3水溶液中电化学还原CO_2的催化活性。结果表明TiO_2NTs电极上电化学还原CO_2的主产物为CH_3OH,CH_3OH由HCOOH和HCHO进一步还原而来。电极制备的最佳煅烧温度为450℃(TiO_2NTs-450),电解电位-0.56 V(vs RHE(可逆氢电极))时反应120 min后,生成CH_3OH的法拉第效率和分电流密度分别为85.8%和0.2 m A?cm~(-2)。与550和650℃煅烧的电极相比,TiO_2NTs-450电极具有更高的催化活性,归因于电极表面更多的三价钛活性位,有利于CO_2吸附,从而对·CO_2-起到稳定的作用,速率控制步骤转变为·CO_2-的质子化反应。     

介孔SiO_2球为模板制备TiO_2纳米纤维及光催化合成氨

以介孔SiO_2球为模板,TiCl_4为前躯体,制备了高催化活性的TiO_2纳米纤维以及非晶态合金(Ni-Mo-B)修饰的纳米纤维.TiO_2纳米纤维直径为7~10 nm,结晶度高,不仅对紫外光有很强的吸光度,而且对可见光也有一定程度的吸收.此外,纳米纤维降低了荧光强度,稳定了光生电子-空穴对.经过非晶态合金(Ni-Mo-B)修饰的纳米纤维进一步降低了荧光强度.在紫外光催化N_2与水合成氨的反应中,当反应时间为2 h时,P25氨氮产量为31μmol,Ti的转换频率(TOF)为0.5·h-1.纯TiO_2纳米纤维氨氮产量提高了约71%,达53μmol,Ti的转换频率(TOF)提高到了0.8·h-1.经过非晶态合金修饰的纳米纤维,氨氮产量达66μmol,Ti的转换频率(TOF)为0.95·h~(-1),比P25提高了113%.     

Ag负载TiO2纳米管微波辅助水热法制备及其光催化性能

以微波辅助水热法制备了二氧化钛纳米管,然后通过浸渍法在其表面负载了银纳米颗粒.所得样品用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氮吸附、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射等测试方法表征.微波加热处理可以大大缩短反应时间,产物为无定型纳米管,经高温焙烧后转变成锐钛矿型二氧化钛.所得纳米管的外径为7-8 nm,内径为5-6 nm,管长约200 nm,比表面积可达371 m2·g-1.负载的银分散在纳米管的表面,对纳米管的结构与晶型没有影响,但是拓宽了二氧化钛的光吸收范围,使吸收边红移至可见光区,并且有效抑制了光生电子空穴的复合.在可见光降解罗丹明B的实验过程中,与Ag负载的P25及纯二氧化钛纳米管相比,Ag负载二氧化钛纳米管具有更高的可见光催化活性,并且当Ag/Ti 物质的量的比为0.5%时,可见光催化性能最好.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2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.     

纳米金/石墨烯复合膜修饰传感器对多巴胺的测定及应用研究

将氧化石墨烯与非巯基修饰的DNA、纳米金相结合,构建了纳米金/石墨烯复合膜修饰生物传感器。用扫描电子显微镜对传感器的修饰膜进行了表征。实验结果发现,此复合膜传感器对多巴胺的电化学氧化起到明显的电催化作用。在此基础上,优化了多巴胺的测定条件。多巴胺的氧化峰电流在4.0×10~(-7) mol·L~(-1)～7.0×10~(-5) mol·L~(-1)范围内与其浓度呈良好的线性关系。该修饰传感器准确度高,重现性好,可用于实际样品的测定,回收率在95.0%～100%之间,结果满意。     

基于单晶TiO_2纳米颗粒光阳极的高效染料敏化太阳能电池

以阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列为原料,在含氟化铵的密闭环境中通过热处理直接将TiO_2纳米管阵列转化为单晶TiO_2纳米颗粒膜.不同热处理时间样品的扫描电子显微镜(SEM)图表明,单晶TiO_2纳米颗粒是由TiO_2纳米管坍塌后重新生长成的.X射线衍射(XRD)及高倍率透射电子显微镜(HR-TEM)图显示出TiO_2纳米颗粒为锐钛矿单晶.将这种单晶TiO_2纳米颗粒膜转移到导电玻璃上制备染料敏化太阳能电池光阳极,获得良好的光电性能.对单晶TiO_2纳米颗粒膜厚度进行优化后,染料敏化太阳能电池最高光电转换效率达到8.66%,单色光光电转换效率最高值为86.70%.该方法是一种非水热制备法,克服了水热法对产量的限制,从而为大量制备高质量单晶TiO_2纳米颗粒提供了一种简单可行的方法.     

蓝靛果花青素对二氧化钛薄膜光电性能的影响研究

本论文将蓝靛果花青素(主要成分为矢车菊素3-O-葡萄糖苷,简称C3G)引入到TiO_2薄膜体系中,采用交替沉积自组装法成功制备了C3G/TiO_2复合膜电极并对其进行表征,通过光电流-时间曲线和光电流-光电压曲线等测试考察了复合膜电极的光电性能。实验结果表明,C3G/TiO_2复合膜电极的光电流响应较单纯的TiO_2膜电极明显提高,其光电转换效率比单纯的TiO_2膜电极提高了80%。同时,C3G/TiO_2复合膜电极还展现出对甲醇更好的光电催化氧化活性。     

TiN纳米管的制备及其作为SERS基底的应用（英文）

采用阳极氧化法在钛片表面制备TiO_2纳米管阵列,并经氨气氮化得到TiN纳米管阵列,通过XRD、SEM、XPS、UV-Vis对基底的组成、形貌和光学性能进行了表征,并以罗丹明6G(R6G)为探针分子,对TiN基底的SERS活性进行检测。结果显示,TiO_2纳米管经800℃以上高温可转化为TiN纳米管,纳米管直径在100~200 nm,排列规整有序。氮化后的样品在500~600 nm处出现TiN的等离子体共振吸收峰,该基底显示出较高的SERS活性,对R6G分子的检测极限可达~10~(-7) mol·L~(-1),增强因子达~105。     

CdTe/CdS共敏化TiO2电极材料的制备与光电性能

将电沉积法和化学浴沉积法结合,分别将CdTe和CdS量子点纳米晶材料引入到TiO_2纳米管阵列上制备CdTe/CdS量子点共敏化TiO_2光电极。利用扫描电镜、X射线衍射和X射线能量色散光谱等测试手段对所得样品的形貌、晶型和组分进行表征。在模拟太阳光照射条件下,通过电化学工作站测试其光电化学性能。研究结果表明,相对于单一量子点敏化CdS/TiO_2和CdTe/TiO_2光电极而言,共敏化CdTe/CdS/TiO_2光电极表现出更好的光电转化性能,短路电流密度和光电转换效率分别可以达到3.1 m A·cm~(-2)和1.85%。此外,采用电化学阻抗测试技术对材料性能提升的原因进行深入的探究。     

金纳米粒子/聚多巴胺/碳纳米管修饰玻碳电极对核黄素的检测

采用原位还原法制备金纳米粒子/聚多巴胺/碳纳米管(Au-PDA-MWCNTs)复合材料,并将其用于建立高灵敏检测核黄素(RF)的电化学方法.采用紫外-可见光谱、扫描电镜、X-射线能谱对Au-PDA-MWCNTs复合材料进行表征,采用循环伏安法和差示脉冲伏安法探讨核黄素在Au-PDA-MWCNTs修饰的玻碳电极上的电化学行为,并对RF含量进行测定.该方法对核黄素的检测在5×10~(-9)~1×10~(-5)mol·L~(-1)范围内呈良好线性关系(R=0.9906),检测限为1.7×10~(-9)mol·L~(-1).方法操作简便、抗干扰能力强,并成功实现了维生素药片中RF含量的测定.     

微波辅助快速制备2D/1D ZnIn_2S_4/TiO_2 S型异质结及其光催化制氢性能

能源危机的威胁在过去二十年里引起了全球性广泛关注。由于地球上具有丰富的太阳能和水资源,光催化分解水制氢被认为是获取绿色能源的一种有效途径。迄今为止,许多光催化剂已经得到了深入研究。其中,TiO_2以其无毒、化学稳定性高、形态可控、光催化活性强等优点得到了广泛的关注。特别是1D结构的TiO_2纳米纤维具有独特的一维电子转移轨迹,较大的吸附能力和较高的光生电子-空穴对(e~--h~+)传输速率等优点在光催化领域更是受到研究人员的青睐。尽管如此,TiO_2仍存在带隙大、光生电子-空穴对复合速率快等缺点,使其在制氢反应(HER)中效率不高。因此,构建高性能、经济、环保的光催化剂是实现太阳能高效转化的一大挑战。最近,各种提高TiO_2光催化活性的策略得到了广泛研究,包括与窄带隙半导体(如ZnIn_2S_4)的耦合等。另外,微波辅助合成技术以其成本低、设备简单、环境无污染、反应速度快等优点,已成为制备光催化半导体材料的一种重要手段。在本工作中,为解决TiO_2带隙宽(约3.2 e V)和电子-空穴对复合速率快等缺点,通过微波辅助合成技术快速地将2D结构的ZnIn_2S_4纳米片原位组装在TiO_2纳米纤维上,构筑2D/1D ZnIn_2S_4/TiO_2S型异质结。通过调节ZnIn_2S_4前驱体与TiO_2NFs的摩尔比,可以很容易地控制TiO_2纳米纤维上ZnIn_2S_4负载量。实验结果表明:相对于纯ZnIn_2S_4和TiO_2而言,ZnIn_2S_4/TiO_2异质结光催化剂在太阳光照射下的光吸收和制氢性能得到明显提高。在优化条件下,样品ZT-0.5 (ZnIn_2S_4与TiO_2的摩尔比为0.5)具有最佳制氢性能,达到8774mmol·g~(-1)·h~(-1),分别是纯TiO_2纳米纤维(3312mmol·g~(-1)·h~(-1))和ZnIn_2S_4 (3114mmol·g~(-1)·h~(-1))纳米片的2.7倍和2.8倍。基于实验结果,我们提出来一种在ZnIn_2S_4和TiO_2间形成的S型异质结机理,并很好地阐释了ZnIn_2S_4/TiO_2复合材料光催化制氢活性增强的原因。