TiO_2(B)纳米带光催化剂的制备及分解水产氢性能

经过钛酸四丁酯强碱溶液中水解→水热→质子交换→焙烧路线制备出Ti O2(B)纳米带.采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、BET和光解水产氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及光催化性能进行了研究.结果表明:该路线制备的Ti O2(B)纳米带反应条件温和,便于大批量合成.通过改变实验参数实现晶型结构和微观形貌的调变,且不同晶型结构和微观形貌的材料进行光催化分解水产氢活性对比,它们的活性顺序为:NaxH2-xTi3O7·n H2纳米管Ti O2(B)Ti O2(anatase)Na2Ti6O13,表明Ti O2(B)纳米带是一类较好的光催化分解水制氢半导体材料.提出了Ti O2(B)纳米带的可能经历了Na2Ti3O7→H2Ti3O7→H2Ti6O13→H2Ti12O25→Ti O2(B)的形成过程.     

高活性Ag修饰TiO_2空心八面体光催化剂的简易模板诱导合成（英文）

贵金属修饰的Ti O2空心纳米光催化材料由于具有大的比表面积、低的质量密度、良好的表面渗透性、强的光吸收能力以及界面电荷的快速转移,因而表现出优异的光催化性能.为了制备结构可控且精良的贵金属修饰Ti O2空心纳米光催化材料,人们先后采用湿化学法、高温固相法、声化学法及光化学沉积法等.由于在制备过程中涉及多种异相材料的合成和结构控制,因此上述合成方法通常需要复杂且多步过程(有些过程甚至很容易导致结构破坏),从而限制了其在光催化领域的实际应用.本文开发了一种简单的模板诱导法,成功制备了Ag纳米粒子修饰的Ti O2空心八面体光催化剂.合成过程包括模板指导沉积和原位模板溶解.以Ag2O八面体为模板,TiF 4水溶液为前驱体,首先通过Ti F4水解形成Ti O2纳米粒子沉积在Ag2O模板表面,而Ti F4水解产生的酸性HF水溶液可原位溶解碱性的Ag2O模板,从而一步制得Ti O2空心八面体.同时,利用Ag2O以及Ag+离子的光敏特性,在光照条件下使Ag2O和Ag+离子生成Ag纳米颗粒,直接沉积在Ti O2空心八面体的内外表面,得到Ag/Ti O2光催化剂.由此可见,该合成方法具有明显的步骤少的优点.扫描电镜、透射电镜、能量散射和紫外-可见光谱等表征结果表明成功制得内外Ag纳米粒子修饰的Ti O2空心八面体光催化剂,其中TiO 2空心八面体的壁厚约为25 nm,边长约为1μm,而修饰在其表面的Ag纳米粒子尺寸仅为5–10 nm.此外,通过控制Ti F4前驱体浓度,还可制备核壳结构的Ag2O@Ti O2八面体以及不同壁厚Ag修饰的Ti O2空心八面体,表明该方法在Ag/Ti O2形貌合成上的多样性和可控性.为了获得良好的光催化活性,对制备的Ag纳米粒子修饰的Ti O2空心八面体光催化剂进行了不同温度的热处理.X射线衍射结果表明,即使在600 oC高温下,制备的Ag/Ti O2空心八面体光催化剂依然能够保持原有的特殊形貌和锐钛矿Ti O2晶型.该温度明显高于Ti O2从锐钛矿向金红石转变的温度.这说明合成的Ag/Ti O2能在保持高活性锐钛矿相的同时获得更好的结晶性.这可能是由于分散在Ti O2原始晶粒周围的Ag纳米粒子能阻止其进一步长大,从而抑制了其晶型转变.不同样品光催化降解甲基橙的结果表明,经600 oC高温热处理的样品表现出最高的光催化活性,相应的反应速率常数为0.11 min 1.这应得益于该光催化剂具有以下三个特点:(1)TiO 2空心八面体的薄壁结构能够缩短光照条件下光生电子和空穴从内部扩散到表面的距离;(2)由于贵金属Ag纳米粒子沉积在Ti O2薄壁的内外两个表面以及Ti O2和Ag形成肖脱基势垒,因此在它们接触的界面上能够发生更快的界面电荷转移;(3)高温处理导致Ti O2良好的晶化以及高活性锐钛矿Ti O2晶型的保持.     

钛表面钠氢氧钛纳米线的结构、生物活性和MC3T3-E1细胞响应

采用化学方法处理微弧氧化(MAO)制备的含Si、Ca元素的Ti O2涂层(SC),获得钛氢氧钠(Na0.8H1.2Ti3O7)生物活性纳米线结构。化学处理过程中,SC涂料表面出现了Ca、Na元素溶解,Si元素沉积的现象。化学处理后的SC涂层比SC涂料具有更好的吸水性和诱导磷灰石形成能力。这与处理后涂层(SHTO)特殊的纳米结构有关,在模拟体液浸泡过程中更容易形成Ti-OH。同时,钠氢氧钛纳米线的表面形貌、相组成、OH基团以及良好的湿润能力使其更加适合于MC3T3-E1细胞的粘附和增值。     

光电化学水氧化用多孔单晶金红石TiO_2纳米棒阵列光阳极的设计和构建（英文）

光电化学电池(如染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池以及光电化学水分解电池)是实现太阳能转化及存储的有效手段之一.其中,光电极是光电化学电池的核心组成部分,它集光吸收、光生电荷输运及转移等决定光转化效率的关键过程于一身,因此构筑高活性半导体光电极以实现高效太阳能转化利用引起研究者广泛关注.多孔Ti O2纳米颗粒堆垛薄膜光阳极因具有大的比表面积,可提供更多的染料(量子点)担载和反应活性位点,在光电化学电池中表现出优异活性而被广泛研究.然而,TiO 2纳米颗粒间大量存在的晶界对光生电荷有较强的散射作用,降低了光生电荷的收集效率.英国牛津大学Snaith研究小组利用模板辅助水热过程首次获得了(001)晶面占优的多孔单晶锐钛矿Ti O2微米颗粒,这种多孔单晶Ti O2微米颗粒在具有大比表面积的同时,其单晶结构还能有效去除晶界对电荷的散射作用,因而具有优异的电荷输运特性.利用这种多孔单晶Ti O2微米颗粒组建的光阳极用于染料敏化太阳能电池中,展现出优异的太阳能光电转化性能.受该工作启发,各种形貌的多孔单晶Ti O2微米颗粒作为光催化剂和光电化学分解水用光阳极材料被广泛研究,并表现出优异活性.在单晶微米颗粒堆垛成的薄膜光电极中,虽然单个单晶微米颗粒中晶界对电荷的散射作用被有效抑制,但是单晶颗粒间的晶界仍然存在并影响光生电荷的收集效率.为了彻底抑制晶界对光生电荷的散射作用,每个单晶颗粒都应该贯穿整个薄膜,例如一维Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜.虽然一维单晶阵列薄膜能够有效提高光生电荷的收集效率,但相对于多孔薄膜具有较小的比表面积,限制了担载染料(量子点)和反应位点的数量.为了增大TiO 2单晶纳米棒阵列薄膜的比表面积,目前主要的手段包括调控纳米棒长径比、表面修饰Ti O2纳米颗粒以及二次生长构建Ti O2枝晶阵列.本文首次提出通过制备多孔单晶Ti O2纳米棒单晶阵列薄膜来获得高比表面积和高光生电荷收集效率的光阳极,提高光电化学电池的效率.在透明导电薄膜(FTO)表面利用水热生长Ti O2纳米棒阵列薄膜之前,预先在FTO基体上沉积一层Si O2球密堆模板,Ti O2纳米棒单晶阵列在从FTO表面向上生长过程中,会将SiO 2球模板包裹进Ti O2纳米棒中,再通过碱溶液将Si O2球模板溶解,首次在FTO基体上原位生长出多孔单晶Ti O2纳米棒阵列薄膜.将所得多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜作为光电化学分解水电池光阳极,其光电化学分解水活性相对于实心单晶金红石Ti O2纳米棒阵列提高了2.6倍.多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列光阳极性能的提升可归因于:(1)多孔结构赋予多孔单晶金红石Ti O2纳米棒阵列薄膜更大的比表面积,可提供更多的反应活性位点;(2)多孔结构能够有效缩短单晶金红石Ti O2纳米棒中光生电荷体相输运距离,提高光生电荷的收集效率;(3)多孔结构通过对光多次反射吸收可有效增强光吸收,产生更多光生电荷参与水分解反应;(4)在制备过程中引入Si掺杂,导致多孔单晶金红石Ti O2纳米棒带隙扩大了0.1 e V,带隙增大归因于导带位置负移0.1 e V,光生电子具有更强的还原能力,光电流起始电位相应负移约0.1 V.     

自支撑黑色TiO_2圆球的制备及其光催化性能的研究

为探索自支撑黑色Ti O2在可见光下降解有机污染物的催化性能,以粒径为385 nm的单分散白色Ti O2圆球为前驱体,再经H2氛500℃处理得到形貌尺寸未有明显改变的黑色Ti O2圆球。XRD和Raman结果表明黑色和白色Ti O2圆球的晶型为锐钛矿相;与白色Ti O2圆球相比,黑色Ti O2圆球的比表面积增大但是其带隙宽度降低为2.72 e V;黑色、白色Ti O2圆球和P25在可见光照下催化降解MB结果表明,黑色Ti O2圆球具有较好的催化活性,循环使用10次后,其催化活性没有明显衰减。     

纳米钛薄膜的XPS研究

用 XPS分析了三种纳米钛薄膜表面和经 Ar 溅射后内部碳、氧、氮、钛等的含量和化学态。发现三种薄膜表面碳、氧含量完全一致 ,碳为石墨态 ,氧为吸附态的水。薄膜内部碳、氧、氮的化学态主要为 Ti C、Ti O2 、Ti N。随着分析深度的增加 ,薄膜内金属钛的原子百分比浓度不断增加并逐渐趋于恒定。镀膜时真空度的提高有利于减少碳、氧、氮的污染。Ar 溅射所镀的膜与电子枪所镀的膜相比 ,晶粒尺寸小 ,在表面至浅表层内氧的含量有明显差异。     

CaO-P2O5-SiO2系统溶胶-凝胶生物活性多孔材料在SBF中的性能研究

利用溶胶-凝胶生物活性材料粉末二次烧结工艺,制备了CaO-P2O5-SiO2系统溶胶-凝胶生物活性多孔材料,并利用体外实验(in vitro)方法和XRD,SEM及FTIR技术研究了此烧结材料的显微形貌、晶相、生物活性和可降解性能.结果表明,经800℃烧结5 min后,有少量硅磷酸钙[Ca5(PO4)2SiO4,5CPS]析出,在模拟体液(SBF)中浸泡,随着时间的增长,材料表面最初形成的无定形钙磷化合物矿化成碳酸羟基磷灰石(HCA)纳米团簇,并逐渐相互融合形成HCA覆盖层;HCA只在烧结体的玻璃相(SG相)表面生成,在5CPS微晶相表面未发现HCA,该材料在37℃恒温的SBF溶液中具有较高的生物活性和可降解性能.     

CaO-P2O5-SiO2系统溶胶-凝胶生物活性多孔材料在SBF中的性能研究

利用溶胶-凝胶生物活性材料粉末二次烧结工艺,制备了CaO-P2O5-SiO2系统溶胶-凝胶生物活性多孔材料,并利用体外实验（in vitro）方法和XRD,SEM及FTIR技术研究了此烧结材料的显微形貌、晶相、生物活性和可降解性能.结果表明,经800℃烧结5 min后,有少量硅磷酸钙[Ca5（PO4）2SiO4,5CPS]析出,在模拟体液（SBF）中浸泡,随着时间的增长,材料表面最初形成的无定形钙磷化合物矿化成碳酸羟基磷灰石（HCA）纳米团簇,并逐渐相互融合形成HCA覆盖层;HCA只在烧结体的玻璃相（SG相）表面生成,在5CPS微晶相表面未发现HCA,该材料在37℃恒温的SBF溶液中具有较高的生物活性和可降解性能.     

纳米二氧化钒薄膜的制备及红外光学性能

采用双离子束溅射方法在Si3N4/SiO2/Si基底表面沉积氧化钒薄膜, 在氮气气氛下热处理获得二氧化钒薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)研究了热处理温度对氧化钒薄膜晶体结构、表面形貌和组分的影响, 利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对二氧化钒薄膜的红外透射性能进行了测试分析. 结果表明, 所制备的氧化钒薄膜以非晶态V2O5和四方金红石结构VO2为主, 经400 ℃、2 h热处理后获得了(011)择优取向的单斜金红石结构纳米VO2薄膜, 提高热处理温度至450 ℃, 纳米结构VO2薄膜的晶粒尺寸减小. FT-IR结果显示,纳米VO2薄膜透射率对比因子超过0.99, 高温关闭状态下透射率接近0. 小晶粒尺寸纳米VO2薄膜更适合在热光开关器件领域应用.     

二氧化钛薄膜的液相沉积法制备研究

常温下,采用锐钛矿型二氧化钛纳米晶为诱导剂,采用液相沉积法制备了二氧化钛薄膜,采用XRD、SEM、AFM对其晶型、平均晶粒尺寸和形貌进行表征。结果表明,室温所制的二氧化钛薄膜为锐钛矿型,平均粒径为5．8nm,二次粒子平均粒径为10nm,薄膜上观察不到明显的孔洞和裂纹,表面均匀平整,以苯酚的光催化氧化作为目标反应,评价了二氧化钛薄膜的光催化活性。     

具特定晶面且大比表面积贵金属纳米晶催化基元的构筑

贵金属纳米晶在电催化等领域具有广泛应用. 其催化活性往往与纳米晶体的表面结构直接相关,而催化剂的贵金属原子利用率与比表面积密切相关. 因小尺寸纳米晶难以保留特定的晶面,而具有特定表面的纳米晶通常结晶成尺寸较大、比表面积比较小的晶体,调控纳米晶的尺寸和表面结构两种策略似乎相互矛盾. 如何可控合成同时具有特定表面结构和大比表面积的贵金属纳米晶具有重要的意义. 本综述从形貌调控角度详细介绍提高贵金属纳米晶原子利用率的方法策略;总结调控单贵金属及其合金同时具有特定晶面和大比表面积的研究现状;最后,对纳米晶的形貌调控领域未来的发展趋势提出展望.     

TiO2多孔薄膜电极的制备、微结构及光电化学性能研究

近年来,半导体纳晶多孔薄膜作为一类重要的纳米结构材料,其光电化学性质及功能特性的研究受到人们广泛关注。由于量子尺寸效应及介电限域效应,它们的光物理、光电化学性质以及电荷传输机理明显异于多晶及单晶体材料。通过简便快捷的涂敷、浸涂或溅射等方法,半导体纳晶多孔薄膜可以在导电衬底上形成。这些薄膜具有高度多孔性、大比表面,易于用有机功能分子或半导体超微粒进行表面修饰^[1-2],在太阳能转换^[2]、光电子器件或电子变色器件^[3]及光催化治理环境污染^[4]等方面具有潜在的应用前景。因此,在光电化学、半导体物理及材料科学领域里研究十分活跃。本文采用涂敷及浸涂提拉方法制备了四种具有不同多孔率及比表面的TiO₂薄膜电极,并对其晶型、表面形貌微结构及光电化学性能进行了研究。     

流动注射分析在线研究Cr(Ⅵ)在纳米TiO2表面上的吸附动力学性质

用溶胶-凝聚法在不同的水解和热处理条件下制备了纳米尺寸的TiO₂微粉,所得的TiO₂表面性质迥异,粒径从几个纳米到数百个纳米,晶型也由低温煅烧的锐钛型转成高温处理时的金红石型.利用流动注射微柱富集在线分析方法对Cr(Ⅵ)离子在纳米TiO₂表面上的吸附动力学特性进行了原位表征.     

钙钛矿型纳米晶薄膜的制备及其光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法结合旋转涂膜工艺在玻璃基底上制备出了多层纳米晶薄膜LaMO3(M=Fe,Mn,Co,Cr);采用DSC/TG技术分析了前驱体凝胶的热分解历程;利用场发射扫描电镜观察了薄膜的表面形貌及膜层厚度.通过XRD进行了物相分析,并计算了其晶粒尺寸;实验结果表明,制备出的LaM03多层薄膜具有钙钛矿晶型结构,薄膜形态比较均匀.将该类薄膜作为光催化剂,对多种水溶性染料进行了光催化降解实验.研究结果表明,纳米晶薄膜LaM03的光催化活性主要和M原子的电负性及M离子的d电子结构有关.当M为Co时,薄膜的光催化效果最好.     

温和条件下制备形貌可控的羟基磷灰石

在温和条件下采用简单的实验方法成功制备出不同结构和形貌的羟基磷灰石(HAP)纳米粒子。采用沉淀-水解两步法,以PEG和PVP为表面活性剂,在沉淀步骤制备出前驱体CaHPO₄粒子,然后在100℃、常压条件下水解获得高结晶度的HAP纳米棒。采用PEG制备的纳米棒形貌均匀、纵横比高;采用PVP制备的纳米棒尺寸范围较宽且尺寸较小。直接采用一步沉淀法也能够成功制备出HAP纳米粒子。采用PEG制备出麦穗状的纳米粒子;采用PVP制备出尺寸小的纳米棒和纳米粒子混合物。HAP纳米晶的结构和形貌因制备条件不同发生很大变化,故而控制其合成,有望用于生物医药领域。     

温和条件下制备形貌可控的羟基磷灰石（英文）

在温和条件下采用简单的实验方法成功制备出不同结构和形貌的羟基磷灰石(HAP)纳米粒子。采用沉淀-水解两步法,以PEG和PVP为表面活性剂,在沉淀步骤制备出前驱体CaHPO_4粒子,然后在100℃、常压条件下水解获得高结晶度的HAP纳米棒。采用PEG制备的纳米棒形貌均匀、纵横比高;采用PVP制备的纳米棒尺寸范围较宽且尺寸较小。直接采用一步沉淀法也能够成功制备出HAP纳米粒子。采用PEG制备出麦穗状的纳米粒子;采用PVP制备出尺寸小的纳米棒和纳米粒子混合物。HAP纳米晶的结构和形貌因制备条件不同发生很大变化,故而控制其合成,有望用于生物医药领域。     

刻蚀剂对IrO_2-MnO_2阳极纳米涂层表面形貌及电化学行为的影响

采用传统热分解法制得了不同刻蚀剂(HCl、H2SO4、C2H2O4和HF)处理的Ti基Ir O2-Mn O2纳米涂层阳极,使用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、循环伏安(CV)及极化技术等观察和研究各纳米涂层阳极表面形貌及其电化学性能.结果表明,与HCl和C2H2O4刻蚀剂相比,HF和H2SO4刻蚀的基底涂层表面Ir O2纳米颗粒更为密集且尺寸更大;H2SO4刻蚀处理的Ti基Ir O2-Mn O2阳极电催化活性最佳,HF次之,C2H2O4再次之,HCl最差.     

溶胶法制备的二氧化硅与二氧化钛复合薄膜的性能

在室温下, 采用溶胶法在玻璃基板上制备了厚度约为100 nm的均匀、透明的纳米SiO2-TiO2复合薄膜.研究了不同温度处理后薄膜的超亲水性、光催化能力等光致活性.通过XPS对薄膜表面及近表面元素的化学态的研究发现, Ti在表面及近表面不仅以Ti4＋形式存在, 也存在少量Ti3＋.紫外光照射后, 部分Ti4＋ 转变成了Ti3＋. XRD研究表明, 该薄膜中的TiO2主要以锐钛矿形式存在, 而且其晶粒大小为14～20 nm.用AFM研究了SiO2-TiO2薄膜的表面形貌及不同的温度处理对TiO2颗粒大小的影响.     

焙烧处理下二氧化钛/钛酸盐纳米材料晶型和形貌的变化规律研究

通过调控酸碱浓度, 在水热条件下得到了金红石、锐钛矿、板钛矿、钛酸钠等一系列TiO₂/钛酸盐产物. 对上述TiO₂、酸洗处理后的钛酸盐等一系列不同晶型、不同形貌的样品进行焙烧处理, 系统性地研究焙烧温度的逐渐升高对产物晶型转变和形貌演化的规律性影响. 给出了水热酸碱浓度以及焙烧温度两个因素与TiO₂/钛酸盐纳米材料晶型和形貌变化行为关系的二维示意图. 依据奥斯特瓦尔德阶梯规则、经典热力学理论以及定向附着生长机理, 对TiO₂/钛酸产物的晶型晶体生长、晶型转变和形貌演化机理进行了探讨.     

不同维度Co3O4纳米材料的水热合成研究进展

过渡金属氧化物Co_3O_4的晶体结构及表面特性与其形貌、尺寸和微观结构密切相关。本文将不同形貌Co_3O_4纳米材料按尺寸分为:纳米球、立方块、多面体等零维材料,纳米线、纳米棒、纳米管、纳米柱等1D材料,纳米片、纳米薄膜等2D材料,海胆状、微米球等由纳米单元构成的微米尺寸3D超结构。探讨了对形貌形成的影响因素,重点研究其水热合成过程,总结了可能的形成机理,以利于对不同维度材料的形成规律有较深入的理解,进而能在理论上指导特定维度、特定形貌材料的可控合成。