Co掺杂对TiO2光催化剂结构与性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Co掺杂的TiO2粉末, 利用透射电子显微镜、X射线光电子能谱、紫外可见光谱和X射线衍射技术对粉末进行了表征, 并利用环形光催化反应器对其光催化活性进行了测试. 结果表明, 随焙烧温度的增加, Co/TiO2粉末的晶粒尺寸逐渐增大, 升至873 K时, 钴元素以CoTiO3形式从TiO2中析出, 同时TiO2由锐钛矿型向金红石型发生转变, 相转变过程中晶格常数a和c以及晶胞体积发生收缩. 掺杂钴以后, 粉末的光谱吸收范围被拓展至可见光, 但是其光催化活性却明显降低.     

钛铁矿型CoTiO3纳米材料的制备及性能表征

以Co(NO3)2·6H2O和TiO2(P-25)为原料,在十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/水形成的胶束溶液中,首先制得纳米氧化钴Co3O4-TiO2复合材料,该复合材料经600和700℃煅烧后制备了钛铁矿型CoTiO3纳米材料.以X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-vis)、拉曼(Raman)光谱和X射线光电子能谱(XPS)对其结构特征和光谱性能进行了研究.用TEM形貌观察,粒子基本为球形;纳米CoTiO3的UV-vis吸收峰明显红移;经Raman光谱和XPS分析,进一步表明600和700℃煅烧后形成了Ti-O-Co键.     

Fe2O3/TiO2纳米管的制备及其光电催化降解染料废水性能

采用阴极电沉积和阳极氧化法制备了Fe2O3改性TiO2纳米管(Fe2O3/TiO2-NTs)电极,运用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见漫反射光谱等手段对其进行了表征,考察了其光电化学性能,并研究了复合电极光电催化降解甲基橙染料废水的反应性能.结果表明,Fe2O3的负载成功地将TiO2-NTs的光响应区间拓宽到可见光区域,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极的光电流密度达到TiO2-NTs电极的3倍.在光电催化反应中,Fe2O3/TiO2-NTs复合电极对甲基橙的脱色效果明显优于TiO2-NTs电极,以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极,光照5min,甲基橙溶液的脱色率可达90%以上.     

掺铝Co_3O_4的制备及其电容性能研究

以KOH作沉淀剂制备掺杂Al(Ⅲ)的Co3O4粉体.X射线衍射显示,掺Al的Co3O4不改变其晶型结构.循环伏安、恒流充放电等测试表明,化学掺Al后的Co3O4电极,其比容量提高,当Co(Ⅱ)与Al(Ⅲ)的摩尔比为1∶0.05时,在0~400 mV的电位区间内,5 mA/cm2电流密度下,单电极放电比容量可达518.07 F/g.     

CoTiO3微晶水热生长机理及结晶动力学研究

采用水热法以TiCl3和Co(CH3COO)2.4H2O为主要原料制备出CoTiO3微晶。利用X射线衍射、透射电子显微镜对产物进行表征,重点研究了晶体的生长规律及结晶动力学。结果表明水热条件下CoTiO3晶体的生长过程是:水热温度为220℃时,晶核首先析出并沿平面铺展;随着反应时间的延长或水热温度的升高,晶核逐渐长大形成类似六边形的片状晶粒;280℃时晶粒开始沿垂直于片层的方向逐层堆积生长,最终形成菱面体晶粒。结晶动力学研究显示:水热条件下,CoTiO3晶体成核速率及生长速率均随温度升高而增长,其成核活化能和表观生长活化能分别为89.18 kJ.mol-1和50.56 kJ.mol-1。     

淬火处理对TiO2纳米管阵列电极性能影响

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中,通过恒压阳极氧化法以0.5%(w,质量分数)NH4F/甘油作为电解液,在钛基体上制备出了TiO2纳米管阵列.随后将TiO2纳米管阵列电极在水中进行不同温度淬火处理,通过x射线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安法(CV)研究经淬火处理的TiO2纳米管阵列的形貌、晶体结构和电化学性能.研究得出TiO2纳米管阵列经淬火处理其表面获得更多Ti3+缺陷点和TiO2纳米碎片.经0℃淬火处理的TiO2纳米管阵列电极出现了更多Ti3+缺陷点和OH基团,且有更多的纳米碎片出现,其光电化学性能得到了大幅度提高,其40 min光照对甲基橙的光催化降解率高达96.2%.     

淬火处理对TiO2纳米管阵列电极性能影响

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中, 通过恒压阳极氧化法以0.5%(w, 质量分数)NH4F/甘油作为电解液, 在钛基体上制备出了TiO2纳米管阵列. 随后将TiO2纳米管阵列电极在水中进行不同温度淬火处理, 通过X射线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安法(CV)研究经淬火处理的TiO2纳米管阵列的形貌、晶体结构和电化学性能. 研究得出TiO2纳米管阵列经淬火处理其表面获得更多Ti3+缺陷点和TiO2纳米碎片. 经0 ℃淬火处理的TiO2纳米管阵列电极出现了更多Ti3+缺陷点和OH 基团, 且有更多的纳米碎片出现, 其光电化学性能得到了大幅度提高, 其40 min光照对甲基橙的光催化降解率高达96.2%.     

外掺Y2O3对镍氢电池正极高温性能的影响

研究了外掺Y2O3对镍氢电池镍正极高温性能的影响. 通常镍正极在高温下放电比容量会骤然降低, 为了提高其高温性能, 进行了球型Ni(OH)2外掺不同比例Y2O3的实验, 对压制的镍电极在不同温度下的充放电情况进行了细致的研究. 研究发现外掺Y2O3的球型Ni(OH)2电极比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量在高温下要高出很多, 在0.2 C充放电情况下外掺1%是最佳比例, 它比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量要高出35%以上, 在1 C充放电情况下外掺0.2%是最佳比例, 它比普通球型Ni(OH)2电极的放电比容量要高出15%以上. 同时对外掺Y2O3提高镍正极放电比容量的原因也进行了初步探讨.     

离子液体中纳米TiO2/聚3-甲基噻吩复合膜的制备及性质研究

采用溶胶凝胶法制成了纳米TiO2电极,在离子液体中将其应用于3-甲基噻吩的电化学聚合,采用循环伏安法(CV),在线紫外可见光谱(UV-Vis),扫描电镜(SEM)和电化学阻抗谱(EIS)对TiO2/聚3-甲基噻吩(TiO2/PMT)复合膜进行了表征并研究了其电化学性质.实验证明,不论是用循环伏安法,恒电位,还是恒电流方法,都能在电极上得到聚3-甲基噻吩(PMT)膜,并伴随有明显的掺杂和去掺杂过程.对应的在线紫外可见光谱上,也出现了氧化和还原两种不同的吸收状态,还原(去掺杂)过程中在480 nm处有一个吸收峰,而氧化(掺杂)过程中此峰消失,取而代之的是一个可见光区的逐渐增强的吸收.PMT膜是P型半导体,TiO2是n型半导体,两者之间能够形成p-n异质结,使光电转换效率得以提高.SEM给出了TiO2电极和聚合物修饰的TiO2的形貌图,电极的交流阻抗谱则从一个角度说明了聚合物膜修饰电极的导电性.     

Co(III)离子在二氧化铅电极上的阳极形成

文献上曾报导过Co(Ⅱ)离子具有加速PbO_2电极上氧阳极析出过程的作用,并表明当Co(Ⅱ)离子存在时,氧的析出过程有可能通过表面吸附的高价钴氧化物氧化水分子而形成.本文通过浓硫酸溶液中Co(Ⅱ)阳极氧化为Co(Ⅲ)以及O_2阳极析出动力学的研究,表明了O_2的析出和Co(Ⅲ)的形成是通过吸附在电极表面的高价钴(Ⅳ)的OH 基配合物分别氧化水分子和Co(Ⅱ)离子形成的,它与Cr(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)离子的阳极氧化过程相类似,而不是通过Co(Ⅱ)离子直接放电形成的.本文利用文献所述的研究方法.在固定硫酸浓度(3.4mol·kg~(-1))下,研究CoSO_4浓度(0.05—0.35mol·drn~(-3))对于O_2和Co(Ⅲ)阳极形成过程分别的影响.在固定CoSO_4(0.2mol·     

直流反应磁控溅射制备的Mo掺杂TiO2薄膜的光电特性

通过直流反应磁控溅射制备了不同Mo掺杂量的Mo-TiO2薄膜.用原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)仪、X射线光电子能谱(XPS)仪、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计详细研究了Mo掺杂量对薄膜表面形貌、晶体结构、元素价态及吸收带边的影响.用瞬态光电流和循环伏安法考察了不同Mo含量ITO/Mo-TiO2电极的光电特性.结果表明:在TiO2薄膜中掺入的Mo以Mo6+和Mo5+两种价态存在;随着Mo掺杂量的增加,Mo-TiO2薄膜的晶粒尺寸逐渐减小,晶格畸变增大,吸收阈值显著红移;薄膜的禁带宽度先减小后增大,在Mo掺杂量为2.7%(n(Mo)/n(Ti))时禁带宽度最小;Mo掺杂量为0.9%的样品在氙灯下的光生电流最大,且随着所加阳极偏压的提高光生电流并未呈现出饱和的趋势.此后随着掺杂量的提高,薄膜的光生电流开始下降,当Mo掺杂量达到3.6%时,薄膜的光电流小于未掺杂的样品;说明适当浓度的Mo掺杂能够提高Mo-TiO2薄膜光电性能,光生电流最大可达未掺杂的2.4倍.     

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.     

3d过渡金属掺杂TiO2纳米晶膜电极的光电化学研究

应用原子力显微镜和X射线粉末法对3d过渡金属离子Cr(Ⅲ),Fe(Ⅲ),Mn(Ⅱ),Co(Ⅱ),Ni(Ⅱ),Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)掺杂TiO₂纳米晶粒(简写为m^3d-TiO₂)作了表征,并用光电化学方法研究了m^3d-TiO₂纳米结构多孔膜电极.实验结果表明,m^3d-TiO₂纳米粒子的颗粒较均匀,粒径约为15nm,其晶型为锐钛矿和板钛矿的混晶.在所研究的m^3d-TiO₂中,只有Zn²⁺-TiO₂电极的光电流大于未掺杂的TiO₂纳米结构多孔膜电极.3d金属离子的掺杂引起各电极的光电流信号在一定波长范围内出现p-n转型现象.     

Sb掺杂纳米TiO2光催化剂的晶体结构与光催化性能

Nanoscale Sb doped titanium dioxide thin films photocatalyst (Ti1-xSbO2) were obtained from dip-coating sol-gel method. The influence of dopant Sb density on the crystal structure and the phase transformation of the thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectra. The results of XRD showed that as-prepared films were not only in anatase state but also in brookite. The crystalline size was estimated to be around 13.3-20 nm. Raman spectra indicated there coexisted other phases and a transformation from brookite to anatase in the samples doped with 0.2% Sb. After doping a proper amount of Sb, the crystallization rate and the content of the anatase Ti1?xSbO2 in the thin films was clearly enhanced because Sb replaced part of the Ti of TiO2 in the thin films. The anode current density (photocurrent density) and the first order reaction speed constant (k) of thin films doped with 0.2% Sb reached 42.49 1A/cm2 and 0.171 h/cm2 under 254 nm UV illumination, respectively, which is about 11 times and 2 times that of the non-doped TiO2 anode prepared by the same method respectively.     

聚3-甲基噻吩修饰量子点硫化铅连接TiO2纳米结构膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO2电极上制备了量子点PbS(Q-PbS), 并用电化学方法在TiO2/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene), PMeT]. 研究结果表明, PMeT和Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 在可见光区光电转换效率均比纳米结构TiO2的光电转换效率提高显著; PMeT与Q-PbS修饰的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 提高了光电转换效率.     

Standing wave enhancement of red absorbance and photocurrent in dye-sensitized titanium dioxide photoelectrodes coupled to photonic crystals

The light harvesting efficiency of dye-sensitized photoelectrodes was enhanced by coupling a TiO(2) photonic crystal layer to a conventional film of TiO(2) nanoparticles. In addition to acting as a dielectric mirror, the inverse opal photonic crystal caused a significant change in dye absorbance which depended on the position of the stop band. Absorbance was suppressed at wavelengths shorter than the stop band maximum and was enhanced at longer wavelengths. This effect arises from the slow group velocity of light in the vicinity of the stop band, and the consequent localization of light intensity in the voids (to the blue) or in the dye-sensitized TiO(2) (to the red) portions of the photonic crystal. By coupling a photonic crystal to a film of TiO(2) nanoparticles, the short circuit photocurrent efficiency across the visible spectrum (400-750 nm) could be increased by about 26%, relative to an ordinary dye-sensitized nanocrystalline TiO(2) photoelectrode.     

Correlation between dispersion properties of TiO2 colloidal sols and photoelectric characteristics of TiO2 films

TiO2 film for use as dye-sensitized solar cell was prepared using the TiO2 colloidal sols (unpeptized sol and peptized sol). The optical properties and photocurrent-voltage characteristics of the resultant films were investigated. The optical transmittance of TiO2 thin film prepared from the peptized colloidal sol was over 90%, while that of TiO2 film from the unpeptized sol was under 80%. The TiO2 photoelectrode prepared from the peptized colloidal sol showed low photoelectric conversion efficiency (eta), 1.30%, whereas the efficiency of photoelectrode from the unpeptized sol was 2.21%. The high optical transmittance and low conversion efficiency of TiO2 film from the peptized sol are discussed in terms of dense microstructure due to the drying nature of well-dispersed colloidal sol.     

TiO2修饰的镍基光电极的制备及光电化学性能

通过溶胶 凝胶法，直接在导电的金属镍基上制备多孔TiO2纳米薄膜，利用STM观察电极的表面形貌，所制TiO2粒径约为20～80 nm，随着烧结温度的升高，TiO2纳米薄膜表面孔的数量增多、孔径增大.用循环伏安法分析了电极的光电化学性能，结果表明，电极的光电响应随烧结温度的升高和薄膜厚度的增加而增大.     

钛阳极氧化膜的光诱导钴离子注入

发现光诱导下钴离子可以注入钛阳极氧化膜, 利用光电流谱技术和X-射线光电子能谱技术研究这一过程。结果表明: 在浓度≥0.10 mol·cm~(-3)的Co·(NO_3)_2溶液中, 光照使界面上的钴离子部份受激而具有较高的能量, 这些钴离子能够克服膜/溶液界面势垒和TiO_2晶格激活能进入氧化膜的四面体或八面体空位, 并可能与氧配位形成呈蓝色的钴四配位化合物或粉红色的钴六配位化合物。     

EXAFS characterization of Ti/Al2O3 supports and Co/Ti/Al2O3 catalysts

The structure of Ti/Al₂O₃ supports (0–14 wt% Ti) and Co/Ti/Al₂O₃ catalysts (3 wt% Co) was examined by EXAFS. The results indicated that the Ti was present primarily as a highly dispersed surface phase. The Ti EXAFS results indicated that the Ti species were octahedrally coordinated. Evidence of Ti—Ti interactions was found for all loadings (2–14 wt% Ti) suggesting that the Ti surface species are present as small clusters of TiO₂.The Co EXAFS results showed evidence for several structurally different Co surface phases as a function of Ti loading. Evidence of a Co species interacting with the Ti surface phase was observed for the 3% Co/2% Ti-3%Co/6%Ti catalysts. At the highest loadings studied, 3%Co/8%Ti and 3%Co/14%Ti, evidence was found for a CoTiO₃-like phase.