直接Z型CdO-CdS纳米棒阵列的制备及其光电催化性能研究

本文通过简单的水热法制备了一种CdO-CdS一维纳米棒阵列,并系统地研究了材料的结构、形貌及其光电化学性质和产氢活性. 所得纳米棒为直径100至200 nm的六方柱. 通过优化煅烧温度和时间得到了该实验条件下光电催化性能最优的样品. 在0 V vs. Ag/AgCl偏压下,CdO-CdS光电流密度为6.5 mA/cm²,光电催化产氢活性为240 μmol·cm^-2·h^-1,几乎是纯CdS的2倍. 该体系的光电催化性能超过了许多已报道的相似体系. 根据材料结构和光电化学性能表征结果,提出了直接z型光催化机理,该机理可以很好地解释光致载流子的高分离效率和优异的氧化还原性能.     

基于镍泡沫支撑的Co_3O_4纳米多孔结构的高性能超级电容器电极

在众多能量存储和转化器件中,超级电容器由于具有功率密度高、充放电迅速和优异的循环性能的优点而被广泛研究.然而,较低的比容量和能量密度,限制了超级电容作为大尺度能量存储和转化器件的广泛应用.为了提高超级电容器的比容量,需要增大电极材料和电解质的接触面积,进而促进电极材料俘获/释放电解质中的粒子(例如电子、离子或者小分子).在此,我们通过简单的水热法联合高温退火实验方案能够大规模制备出镍泡沫支撑的Co_3O_4多孔纳米结构.无需借助导电胶和粘合剂,在集流器镍泡沫上"生长"Co_3O_4多孔纳米结构直接作为超级电容的电极材料.这种多孔纳米结构和一体化设计思路不仅能够有效提高电极的导电性,而且能够有效缩短离子和电子的迁移路径.由于多孔的结构特征和优异的导电性能,Co_3O_4电极表现出超高比容量(在电流密度为2.5 m A·cm~(-2)和5.5 m A·cm~(-2)时,比容量分别为1.87 F·cm(-2)(936 F·g-1)和1.80 F·cm~(-2)(907 F·g-1))、较好的倍率性能(电流密度从2.5 m A·cm~(-2)增大到100 m A·cm~(-2)时,保留其48.37%的初始电容)和超高的循环稳定性(经历4000次电流密度为10 m A·cm~(-2)的循环充放电过程,保留其92.3%的比容量).这种多孔纳米结构和一体化设计思路对设计其他高性能储能器件具有重要的指导意义.     

钼酸根离子钝化层对氧化铁薄膜光电催化氧化水的性能影响研究（英文）

本文研究了氧化铁(α-Fe_2O_3)薄膜光阳极的合成及其光电催化分解水产氧的性能.在合成氧化铁过程中,采用原位和非原位方式引入钼酸根离子,调控氧化铁薄膜的生长模式和表面特性.实验发现原位引入钼酸根离子会显著影响氧化铁薄膜的形貌以及厚度.而非原位表面修饰钼酸根离子则会保持氧化铁的纳米棒形貌,并有效提高其光电催化分解水的性能.文章通过紫外-可见吸收光谱,透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM),莫特-肖特基测试(M-S),电化学阻抗(EIS)以及光电催化性能测试等手段对材料的结构和性能进行了研究.     

钙钛矿铁电半导体的光催化研究现状及其展望

钙钛矿材料可以分为ABO_3氧化物和或I)卤化物两大类,它们都具有丰富的物理性质和优异的光电性能,比如铁电性和光催化性能.本文介绍了和等铁电半导体光催化材料和异质结的制备方法,总结了它们在光电催化方面的研究进展.目前研究者已经针对氧化物光催化材料做了各种研究,包括:降低吸光层铁电材料的带隙,制备铁电/窄带半导体吸光层异质结,制备比表面积很大的纳米片、纳米棒或者其他纳米结构,以便吸收更多可见光;让铁电极化及其退极化场垂直于光催化工作电极表面,通过铁电/半导体异质结能带弯曲提供内电场,通过外电场进行光电催化,从而通过内、外电场高效分离光生-电子空穴对;通过光催化或者光电催化降解染料、分解水制氢、将CO2转换为燃料;通过铁电、热释电和压电协同效应提高催化效应和能量转换效率等卤素钙钛矿具有优异的半导体性质,其铁电性可能是引起超长的少数载流子寿命和载流子扩散长度的原因.通过优化光催化多层膜结构并添加防止电解液渗透的封装层可以避免被电解液分解,从而制备了具有很高能量转换效率的光电催化结构.最后,我们分析和比较了这些钙钛矿铁电半导体在光电催化领域面临的挑战,并展望了其应用前景.     

钼酸根离子钝化层对氧化铁薄膜光电催化氧化水的性能影响研究

本文研究了氧化铁(α-Fe₂O₃)薄膜光阳极的合成及其光电催化分解水产氧的性能. 在合成氧化铁过程中,采用原位和非原位方式引入钼酸根离子,调控氧化铁薄膜的生长模式和表面特性. 实验发现原位引入钼酸根离子会显著影响氧化铁薄膜的形貌以及厚度. 而非原位表面修饰钼酸根离子则会保持氧化铁的纳米棒形貌,并有效提高其光电催化分解水的性能. 文章通过紫外-可见吸收光谱,透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM),莫特-肖特基测试(M-S),电化学阻抗(EIS)以及光电催化性能测试等手段对材料的结构和性能进行了研究.     

NiSb纳米颗粒的热液路线制备及电催化析氢性能研究（英文）

本文发展了一种简单经济的过渡金属锑化物热液合成路线,在160℃的温和条件下,由商业易得的乙酰丙酮基镍和三苯基铋在汕胺介质中还原制备出NiSb纳米颗粒.反应中,还原剂甲硼烷-叔丁基胺络合物的使用能够有效促进金属源的快速还原,用以促进NiSb纳米颗粒的生成.结构表征显示,所制备的NiSb产物为六方相(空间群P6_3/mmc)颗粒状纳米晶,共粒径约为10 nm.该合成方法可拓展用于CoSb和Ag_3Sb等纳米颗粒的温和制备.电催化析氢性能研究显示,NiSb纳米颗粒具有良好的电化学析氢反应性能.结果显示,当阴极电流密度达到50 mA/cm~2和10 m A/cm~2时所需要的过电位分别为531和437 mV.同时,NiSb纳米颗粒还具有较小的电荷转移阻抗和优良的循环稳定性能.     

MoO_(3-x)/PCN的原位合成及其增强光催化产氢性能的研究（英文）

本文通过简单的一步浸渍煅烧法原位合成了氧化钼纳米晶/聚合物氮化碳复合光催化剂,该不含铂基助催化剂的氧化钼修饰聚合物氮化碳光催化剂在可见光照射下表现出增强的光催化产氢性能,最高产氢速率为15.6μmol/h,是普通聚合物氮化碳样品的3倍以上.相应的结构与性能的分析表明,与后浸渍法不同,在原位生长过程中高分散的超小氧化钼纳米晶体与聚合物氮化碳之间形成了紧密的耦合界面结构,可见光产氢活性的提升源自高分散的超小氧化钼纳米晶与聚合物氮化碳之间形成的紧密界面,以及该界面结构形成的肖特基结带来的有效电荷载流子转移.     

MoO3-x/PCN的原位合成及其增强光催化产氢性能的研究

本文通过简单的一步浸渍煅烧法原位合成了氧化钼纳米晶/聚合物氮化碳复合光催化剂,该不含铂基助催化剂的氧化钼修饰聚合物氮化碳光催化剂在可见光照射下表现出增强的光催化产氢性能,最高产氢速率为15.6 μmol/h,是普通聚合物氮化碳样品的3倍以上. 相应的结构与性能的分析表明,与后浸渍法不同,在原位生长过程中高分散的超小氧化钼纳米晶体与聚合物氮化碳之间形成了紧密的耦合界面结构,可见光产氢活性的提升源自高分散的超小氧化钼纳米晶与聚合物氮化碳之间形成的紧密界面,以及该界面结构形成的肖特基结带来的有效电荷载流子转移.     

WO3/Pt复合薄膜的制备及其光电催化性能

导电玻璃作为基底水热法生长了WO₃纳米棒,通过电沉积法改变沉积Pt的时间(40 s,80 s,120 s),以WO₃纳米棒为基底沉积得到不同的WO₃/Pt复合薄膜样品。通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜等测试手段将WO₃纳米棒薄膜和WO₃/Pt复合薄膜样品进行表征。结果表明成功制备了WO₃/Pt复合薄膜样品。漫反射结果显示WO₃/Pt复合薄膜与WO₃薄膜相比具有更强的光吸收。交流阻抗谱显示WO₃/Pt复合薄膜与WO₃纳米棒薄膜相比增强了电荷转移效率。利用光电流、光电催化对WO₃/Pt复合薄膜进行光电性能测试,结果表明WO₃/Pt复合薄膜相较于单一WO₃薄膜光电流活性更高和光电催化活性更强,并且沉积时间为80 s的WO₃/Pt复合薄膜显示最为优异的光电流和光电催化性能。同时,沉积时间为80 s的WO₃/Pt复合薄膜的光电催化性能优于其光催化和电催化性能。     

Ni纳米团簇修饰的板钛矿TiO_2准纳米立方块的制备及其光催化产氢性能（英文）

本文采用化学还原法制备了系列Ni纳米团簇(NCs)修饰的板钛矿TiO_2准纳米立方块(Ni/BTN).结果表明,Ni NCs的负载量和氧化态对Ni/BTN复合材料的光吸收、光催化活性和稳定性均存在显著的影响.在制备的系列Ni NCs负载产物中,0.1%Ni/BTN复合材料的光催化产氢活性(156μmol/h)最佳,为单纯的BTN产氢活性(36μmol/h)的4.3倍.进一步的研究结果表明,Ni NCs的超细尺寸(～2 nm)和高分散性有利于快速捕获BTN的光生电子,从而可缩短光生电荷的传输距离和提高BTN的光催化活性.结果证明了板钛矿TiO_2是一类潜在的高效光催化材料,为采用低成本Ni基助催化剂进一步提高其光催化性能的研究提供了重要的思路.     

Ni纳米团簇修饰的板钛矿TiO2准纳米立方块的制备及其光催化产氢性能

本文采用化学还原法制备了系列Ni纳米团簇(NCs)修饰的板钛矿TiO₂准纳米立方块(Ni/BTN). 结果表明,Ni NCs的负载量和氧化态对Ni/BTN复合材料的光吸收、光催化活性和稳定性均存在显著的影响. 在制备的系列Ni NCs负载产物中,0.1%Ni/BTN复合材料的光催化产氢活性(156 μmol/h)最佳,为单纯的BTN产氢活性(36 μmol/h)的4.3倍. 进一步的研究结果表明,Ni NCs的超细尺寸(∽2 nm)和高分散性有利于快速捕获BTN的光生电子,从而可缩短光生电荷的传输距离和提高BTN 的光催化活性. 结果证明了板钛矿TiO₂是一类潜在的高效光催化材料,为采用低成本Ni基助催化剂进一步提高其光催化性能的研究提供了重要的思路.     

简单溶液法制备氧化锌纳米棒及光学性质

以水合醋酸锌(ZnAc₂·2H₂O)和水合肼(N₂H₄·H₂O)为反应物,在未使用任何表面活性剂的简单反应体系中制得了ZnO纳米棒。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电镜(HRTEM)和室温荧光光谱对产物的晶体结构、形貌和发光性质进行了表征和分析。测试结果表明,所得产物为六方纤锌矿结构ZnO纳米棒,平均直径为120 nm,产物结晶完整,尺寸均匀。这种简单溶液法制备的ZnO纳米棒在386 nm处具有一个尖锐的紫外发光峰,发射光谱的半峰全宽仅为18 nm,在可见光区有一个较弱的宽频发光带。在该反应体系中通过调控混合溶剂的配比,不使用任何表面活性剂的条件下,为ZnO一维纳米棒的形核和生长提供了微型反应空间。     

单斜结构纳米CePO4的控制合成与发光性能研究

利用水热法,调节反应体系中PO3-4/Ce3+摩尔比,低温控制合成了单斜结构CePO4纳米棒及花状纳米团簇.用XRD,FE-SEM,DSC-TG和荧光光谱分析了产物的相结构、晶粒尺寸、形貌及发光性能.结果显示,随PO3-4/Ce3+摩尔比的增加,单斜结构CePO4的合成温度降低,其形貌由棒状演变为花状纳米团簇.当PO3-4/Ce3+摩尔比较低时,得到CePO4纳米棒;当PO3-4/Ce3+摩尔比较高时,得到花状纳米团簇.产物的荧光光谱分析显示一维纳米棒的光致发光性能优于花状纳米团簇.原料H3PO4可重复利用,降低了合成CePO4的成本.     

多环类苝四甲酸二酐插入层对ZnO纳米棒和聚合物复合太阳电池性能的影响

以ZnO纳米棒和聚[2-甲氧基-5-(2-乙基-己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑](MEH-PPV)的复合体系作为光敏层制备了太阳电池.为了增大电池的光吸收,在ZnO纳米棒与MEH-PPV之间插入了有机n型小分子多环类苝四甲酸二酐(PTCDA),制备了不同厚度的PTCDA、结构为ITO/ZnO纳米棒/PTCDA/MEH-PPV/Au的太阳电池.实验发现,插入PTCDA后,电池在可见光区的吸收增强,光生激子数量增大,光电流密度增大.当蒸镀的PTCDA厚度为40 nm时,薄膜的粗糙度适中,表面形貌较为平滑,器件性 关键词： 有机太阳电池 ZnO纳米棒 聚合物     

基于纳米盘棒耦合的多频段等离激元诱导透明研究

提出了基于银纳米棒和银纳米盘的多频段等离激元诱导透明(PIT)混合模型,通过时域有限差分法研究了模型的电磁特性.研究表明:由于银纳米盘(明模)和银纳米棒(暗模)的明模-暗模-暗模耦合,模型可以产生双频段的PIT效应.在双频段的基础之上,通过两个非对称的双频段PIT模型的叠加,形成暗模-暗模-明模-暗模-暗模耦合,可进一步实现四频段的PIT效应.同时,只要改变两种PIT模型中银纳米棒的长度以及银纳米棒和银纳米盘之间的距离,双频段PIT和四频段PIT窗口的谐振频率和透射振幅都会随之变化.最后研究了四频段PIT模型的传感效应,发现该模型随背景材料折射率变化的灵敏度(sensitivity)达到了326.2625 THz/RIU,优值系数(FOM)达到了26.4/RIU,性能优于其他同类型传感器,这为该模型在光存储、吸收、滤波和红外频段的传感器设计中的应用提供了理论参考.     

硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料的制备与气敏性能研究

采用纳米球光刻和金属辅助刻蚀法以p型单晶硅片制备了硅纳米线阵列, 并以此作为基底, 通过溅射不同时长的金属钒薄膜并进行热退火氧化处理, 制备出硅纳米线/氧化钒纳米棒复合材料. 采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪表征了该复合材料的微观特性, 结果表明该结构增大了材料的比表面积, 有利于气体传感, 并且镀膜时间对后续生长的氧化钒纳米棒形貌有明显影响. 采用静态配气法在室温下测试了该复合材料对NO₂的气敏性能, 气敏测试结果表明沉积钒膜的时间对复合材料的气敏性能影响较大. 当选择合适的镀膜时间时, 适量氧化钒纳米棒增加了材料表面积并形成大量pn结结构, 相比纯硅纳米线对NO₂气体的灵敏度有明显提升, 且在室温下表现出优良的选择性. 同时, 对气敏机理做了定性解释, 认为硅纳米线与氧化钒纳米棒之间形成的pn结及能带结构在接触NO₂ 时的动态变化是其气敏响应提升的主要机制.     

基于磁过滤技术TiAlCN/TiAlN/TiAl复合体系腐蚀及摩擦学性能

本文基于新型的磁过滤沉积技术(FCVA)研究了TiAlCN/TiAlN/TiAl多元复合涂层结构及不同C含量对其防腐耐磨性能的影响.同时使用SEM,XRD,XPS,电化学测试和摩擦磨损设备对其宏/微观性能进行了系统表征.实验结果表明:随C含量增加,C元素的存在形式从TiAlCN固溶相转化为TiAlCN固溶/非晶碳共存.典型的TiAlCN固溶/非晶碳纳米复合结构TiAlCN/TiAlN/TiAl涂层不仅具有超高硬度和高韧性,而且涂层中均匀无特征结构的非晶碳具有优异的自润滑效果,通过结合各层的优势,该结构涂层在3.5%NaCl电化学腐蚀试验中,E_(corr)提高了5.6倍,为0.271V,I_(corr)降低为原来的1/52,为8.092×10~(-9) A·cm~(-2);在干摩擦实验中,摩擦系数降低了1/3,为0.43,磨损率降低了1/1.4,为1.13×10~(-5) mm~3·N~(-1)·m~(-1).     

TiO2-Ag纳米复合材料的制备及其光电催化性能研究

载流子在等离激元金属纳米粒子上的快速复合,导致传统的光电催化剂效率显著降低,通过金属和半导体的复合可实现热电子和空穴的分离以提升光电催化效率。采用Ag纳米粒子与半导体TiO₂纳米粒子复合提高其光电催化活性,并探索了催化活性提升的机理,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料之间空间电荷区能带弯曲以及内置电场的作用,为设计高性能SPR光电催化剂提供理论和实验依据。以对氨基苯硫酚(PATP)及对硝基苯硫酚(PNTP)的光电催化偶联反应为探针,研究了TiO₂-Ag纳米复合材料的催化性能。结果表明TiO₂的引入提高了Ag的SPR催化活性,其主要原因是TiO₂的引入可提高TiO₂-Ag间电子和空穴的分离效率。     

具有全方位光管理能力的光阱结构

本文提出了一种基于砷化镓(GaAs)材料且具有全方位光管理能力的纳米方形光阱结构.通过光学模拟可知,该结构在较大结构参数范围内具有优异的全向光管理能力.当该结构的有效厚度为407 nm时,在AM1.5G光照下,其光电流密度可达29.51 mA/cm~2,而在同样条件下,2000 nm厚的平面GaAs结构只能产生19.80 mA/cm~2的光电流密度.由光电模拟可知,为了获得合理的高光电转换效率,应使少数载流子寿命大于等于1.0×10~(-7 )s,表面复合速率小于等于100 s/cm.     

反胶束软模板法合成PANI/TiO2纳米棒复合材料及其性能研究

以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺(CTAB)形成的反胶束为模板,制备了一系列不同纳米TiO2含量的PANI/TiI2纳米复合材料.利用FTIR,UV-Vis,TG,TEM和荧光光谱等方法对产物进行了结构表征和性能研究.探讨了反胶束体系中PANI/TiO2复合纳米棒形成的自组装机理.结果表明:复合材料主要为直径30～40 nm,长约400 nm的PANI/TiO2复合纳米棒,二氧化钛纳米粒子与聚苯胺大分子之间存在强的相互作用,并对复合材料的热稳定性起到提高作用,PANI/TiO2纳米复合材料在紫外和可见光区域均有吸收,并在416 nm处激发产生荧光,荧光强度随着掺杂TiO2含量的提高得到了较大的增强.通过PANI/TiO2纳米棒复合材料中的激子离化和电荷传输过程探讨了PANI/TiO2的荧光量子效率和荧光强度增加的机理.