双层结构CeO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用

利用水热法合成核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球,制备了一系列双层结构复合光阳极并应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)。研究表明：当CeO₂纳米微球和核壳结构Au@SiO₂@CeO₂纳米微球应用于DSSC光阳极散射层时,电池的光电转化效率有了显著提高。相对于纯 TiO₂ (P25)光阳极,P25/CeO₂纳米球光阳极电池的 DSSC 光电性能提高了 15.3%,P25/Au@SiO₂@CeO₂纳米球光阳极电池的光电性能提高了27.9%。DSSC光电性能的提高主要归因于2个方面：一方面,Au纳米粒子的表面等离子体共振效应有效提高了光阳极薄膜的光散射效应。另一方面,CeO₂具有较高的染料负载能力,核壳球形结构具有较高的比表面积,增强了光的散射效应,提高了电子传输能力。     

TiO2微球的合成及其作为散射层在量子点敏化太阳能电池中的应用

以十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为模板剂,通过TiCl₄在乙醇水溶液中的直接水解,制备了介孔TiO₂微球. X射线衍射（XRD）结果表明所制备的微球晶型为金红石,扫描电镜（SEM）结果显示微球的直径大约为700 nm,由粒径约为16 nm的小颗粒堆积而成. 通过刮涂法制备了在TiO₂小颗粒层上涂覆有作为散射层的TiO₂微球和未涂覆微球的薄膜. 并通过化学浴沉积（CBD）的方法在膜上生长CdS/CdSe量子点,得到了量子点敏化太阳能电池（QDSCs）. 紫外吸收和漫反射结果表明,这种微球结构有利于量子点的沉积,具有较强的光散射作用,有效地增加了光线的收集,从而提高了电池的光电流,最终得到了4.5%的光电转换效率,比不加散射层的电池的效率高27.7%,也比利用传统散射层（由20 nm TiO₂ 小颗粒和400 nm TiO₂ 固体颗粒组成）的电池效率高10.2%. 我们把电池效率的提升归因于较强的光散射作用和较长的电子寿命.     

三维有序大孔CdS/TiO2薄膜的制备及其可见光催化性能

采用胶体晶体模板辅助溶胶-凝胶法以及S2-离子交换法合成了三维有序大孔CdS/TiO₂膜.结果表明,该薄膜材料在可见光催化降解污染水中罗丹明B和对氯苯酚的反应中表现出高活性.这可归因于修饰剂CdS的光敏化作用实现可见光催化,CdS-TiO₂之间形成了异质结,促进了电子和空穴的分离; 另一方面,有序大孔结构有利于光的利用以及反应物的扩散和吸附.     

室温合成金红石TiO2及其在染料敏化太阳能电池中的应用

以钛酸四丁酯为前驱体, 在室温下通过水解沉淀法合成了金红石型TiO₂纳米粒子; 用X射线衍射(XRD)研究了反应温度、酸度以及酸的种类对形成TiO₂晶型的影响. 实验结果表明, 高酸度、低温度以及Cl-有助于金红石相的生成. 在相同条件下加入一定量P105 (EO₃₇PO₅₆EO₃₇)三嵌段聚合物制备出一种金红石型粗糙聚集球. 扫描电子显微镜(SEM)结果表明这种粗糙聚集球直径大约350 nm, 比表面积测试(BET)及紫外漫反射测试发现粗糙球在保持较大比表面积的同时有散射效应. 此粗糙球与20 nm TiO₂粒子以质量比1:4混合作为工作电极的散射层并应用于染料敏化太阳能电池, 电池效率达到7.27%, 较不加粗糙球的效率提高17%; 我们认为这是因为在保持工作电极染料吸附量基本不变的条件下粗糙球提高光散射性能.     

介孔炭的孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂性能的影响

采用模板法合成了介孔炭(MC),研究了其孔结构对其负载的Ru基氨合成催化剂Ba-Ru-K/MC性能的影响,采用N₂吸附脱附、扫描电镜和透射电镜等手段对介孔炭的孔结构进行了表征.研究发现,介孔炭载体的孔结构取决于模板剂的用量,当SiO₂/C质量比为1.0时,所制介孔炭比表面积最大.介孔炭负载的Ba-Ru-K催化剂活性与其介孔比表面积相关.在425℃,10MPa和10000h^-1条件下,合成氨的反应速率为139mmol/(g_cat·h).     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P₂₅制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

骨架结构多孔TiO2薄膜增强染料敏化太阳能电池性能

以空心球状TiO₂为基体、以片状TiO₂为骨架,采用刮刀法制备了染料敏化太阳能电池的多孔TiO₂光阳极薄膜。光电转化效率测试结果表明,当作为骨架支撑材料的片状TiO₂含量为20wt%时,光阳极薄膜组装成太阳能电池的光电转化效率达到最高值4.53%,比商业P25制备的无孔无骨架TiO₂薄膜电池(4.06%)及无骨架结构的多孔TiO₂薄膜电池(4.17%)的性能均有显著提高。当片状TiO₂的最佳含量为20wt%电池薄膜厚度为33 μm时,太阳能电池光电转化效率进一步提升为7.06%。光电性能增强的原因是骨架结构有利于快速传输电子并增大染料吸附量。本研究通过设计制备具有骨架结构的多孔TiO₂薄膜为提高染料敏化太阳能电池性能提供了新的思路。     

TiO2纳米微球的制备及在染料敏化太阳能电池中的应用

以四氯化钛、盐酸为原料,制备出花状TiO₂纳米微球,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等测试方法,对样品的结构和形貌进行了表征。为了提高TiO₂微球电池的光电性能,利用TiO₂微球作为反射层构造了双层结构的薄膜电极,结果表明,双层结构染料敏化太阳能电池在100 mW·cm^-2（1.5 G）光照条件下,短路光电流J_sc为17.64 mA·cm^-2,开路光电压Voc为0.74 V,填充因子FF为0.63和光电转化效率η为8.33%。相比TiO₂微球制备的太阳能电池,双层结构染料敏化太阳能电池光电转化效率提高至5.3倍。最后对电极中染料的吸附量、电极的光散射性能和电池的电化学阻抗做了进一步研究和分析,研究表明,双层结构电池增强光的捕获能力,从而提高光伏性能。     

改进型溶胶-凝胶法制备粒径可调高染料吸附量TiO2微球及其在染敏电池光散射层中的应用

利用改进型的溶胶-凝胶法, 制得了由锐钛矿相纳米颗粒组成的TiO₂多孔微纳小球。通过调节前驱物浓度, 合成出粒径可控的尺寸分别为100, 175, 225, 475 nm的TiO₂微纳小球, 并通过电泳沉积法将合成出的小球作为光散射层引入到染料敏化太阳电池(DSSC)中。由于这种微纳小球在具备良好的光散射性能的同时也具备较高的染料吸附量, 因此相较于基于纳米颗粒的单层结构的DSSC拥有更高的光电转换效率。通过比较分析, 粒径尺寸为475 nm的微球作为光散射层的DSSC光电转换效率可以达到6.3%, 较之于基于纳米颗粒的DSSC提高了30%。     

微米级大孔结构二氧化钛的光催化活性

以溶胶-凝胶法合成了具有微米级大孔孔道结构的锐钛矿晶型TiO₂, 以紫外光催化降解染料罗丹明B (RhB)考察了大孔结构材料的光催化活性. 对比研磨粉碎后失去大孔结构的材料的光催化活性, 我们发现在相同的实验条件下, 大孔结构的TiO₂并不具有更好的光催化效果, 即对于本文所合成的大孔结构TiO₂, 单纯的微米级大孔的形貌对材料的光催化活性没有明显的促进作用, 而更多的TiO₂外表面受到紫外光照射是促进光催化效果的直接原因. 由于研磨后样品颗粒尺寸不均匀, 为了避免颗粒大小不均匀对光催化活性的影响, 我们又用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚丙烯酸(PAA)为模板合成了形貌均匀尺寸不同的微球, 并证明了粒子尺寸越小催化效果越好.     

具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe2O3@TiO2)

通过溶剂热和溶胶-凝胶涂层法, 设计并制备了具有分级多孔结构和光催化性质的核-壳纳米球(HP-Fe₂O₃@TiO₂). 透射电子显微镜(TEM)照片证明所得HP-Fe₂O₃@TiO₂样品具备分级多孔结构, 这是因为HP-Fe₂O₃@TiO₂的内核-Fe₂O₃具有大孔空隙, 同时外壳-TiO₂具有介孔空隙. 此外, 通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、X射线光电子能谱(XPS)以及氮气吸附-脱附曲线深入研究了HP-Fe₂O₃@TiO₂的结构及其性质. 分别在可见及紫外光照下, 研究了样品在H₂O₂体系下的光催化降解亚甲基蓝(MB)的性质. 所观察到的HP-Fe₂O₃@TiO₂纳米球的光催化性能, 可归因于核-壳结构的协同作用, 这进一步表明, TiO₂外壳对α-Fe₂O₃的光催化活性有重要影响作用. 在可见光照射下, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (1 mL Ti(OC₄H₉)₄ (TBT))具有较优异的光催化活性. 同时, HP-Fe₂O₃@TiO₂ (4mL TBT)具备优异的单分散形貌, 并在紫外光照射下, 表现出最优的光催化活性.     

Development of mesoporous TiO2 microspheres with high specific surface area for selective enrichment of phosphopeptides by mass spectrometric analysis

In this study, mesoporous TiO₂ microspheres were synthesized by simple hydrothermal reaction, and successfully developed for phosphopeptides enrichment from both standard protein digestion and real biological sample such as rat brain tissue extract. The mesoporous TiO₂ microspheres (the diameter size of about 1.0 μm) obtained by simple hydrothermal method were found to have a specific surface area of 84.98 m²/g, which is much larger than smooth TiO₂ microspheres with same size. The surface area of mesoporous TiO₂ microspheres is almost two times of commercial TiO₂ nanoparticle (a diameter of 90 nm). Using standard proteins digestion and real biological samples, the superior selectivity and capacity of mesoporous TiO₂ microspheres for the enrichment of phosphorylated peptides than that of commercial TiO₂ nanoparticles and TiO₂ microspheres was also observed. It has been demonstrated that mesoporous TiO₂ microspheres have powerful potential for selective enrichment of phosphorylated peptides. Moreover, the preparation of the mesoporous TiO₂ microspheres obtained by the hydrothermal reaction is easy, simple and low-cost. These mesoporous TiO₂ microspheres with the ability of large scale synthesis can widely be applied for phosphorylated proteomic research.     

Solar photocatalytic activities of porous Nb-doped TiO2 microspheres prepared by ultrasonic spray pyrolysis

Ultrasonic spray pyrolysis method was used to prepare Nb-doped TiO₂ porous microspheres with an average diameter of 500 nm for solar photocatalytic applications. The effect of Nb-doping on morphology, structure, surface area, as well as spectral absorption properties of TiO₂ microspheres was investigated with SEM, TEM, XRD, Raman spectra, BET, and UV-Vis absorption spectra. The Nb-doping decreased the grain size of TiO₂ porous microsphere, and influenced its surface area and pore size distribution dependent on the doping concentration, but changed negligibly the morphology and size of TiO₂ microspheres. Moreover, the Nb-doping was observed to extend the spectral absorption of TiO₂ into visible spectrum, and the absorption onset was red-shifted for about 88 nm at a doping level of 5% compared to pristine TiO₂ microspheres. Under solar or visible irradiation, Nb-doped TiO₂ microspheres showed higher photocatalytic activity for methylene blue degradation compared with TiO₂ microspheres, which could be ascribed to the extended light absorption range and the suppression of electron-hole pair recombination.     

Sonochemical fabrication of fluorinated mesoporous titanium dioxide microspheres

A sonochemical-hydrothermal method for preparing fluorinated mesoporous TiO₂ microspheres was developed. Formation of mesoporous TiO₂ and doping of fluorine was achieved by sonication and then hydrothermal treatment of a solution containing titanium isopropoxide, template, and sodium fluoride. The as-synthesized TiO₂ microspheres were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier translation infrared spectroscopy (FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, photoluminescence spectroscopy (PL), and BET surface areas. The P123 template was removed completely during the hydrothermal and washing steps, which was different from the conventional calcination treatment. The as- synthesized TiO₂ microspheres had good crystallinity and high stability. Results from the photocatalytic degradation of methylene blue (MB) showed that fluorination could remarkably improve the photocatalytic activity of titanium dioxide.     

金红石相TiO2-石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料, 用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO), 以异丙醇钛为钛源经一步水热法制备得到金红石相TiO₂-石墨烯复合材料(rGO-TiO₂), 考察了氧化石墨烯用量对复合材料光催化性能的影响. 采用X射线衍射(XRD), 比表面积(BET), 透射电镜(TEM), 扫描电镜(SEM), 拉曼光谱, 紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱(PL)等测试手段对复合材料进行表征. 结果表明: 复合材料中TiO₂为针簇状结构的金红石相, 与石墨烯能够均匀复合; 与纯金红石相TiO₂相比, 复合材料具有较大的比表面积. 研究了该复合材料在紫外光下对罗丹明B 以及可见光下对甲基橙光降解效果. 当氧化石墨烯浓度为0.5 mg·mL^-1时, 制备得到的复合材料rGO-TiO₂具有较好的光催化效果.     

Preparation and characterization of SiO2/TiO2 composite microspheres with microporous SiO2 core/mesoporous TiO2 shell

SiO₂/TiO₂ composite microspheres with microporous SiO₂ core/mesoporous TiO₂ shell structures were prepared by hydrolysis of titanium tetrabutylorthotitanate (TTBT) in the presence of microporous silica microspheres using hydroxypropyl cellulose (HPC) as a surface esterification agent and porous template, and then dried and calcined at different temperatures. The as-prepared products were characterized with differential thermal analysis and thermogravimetric (DTA/TG), scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), nitrogen adsorption. The results showed that composite particles were about 1.8 μm in diameter, and had a spherical morphology and a narrow size distribution. Uniform mesoporous titania coatings on the surfaces of microporous silica microspheres could be obtained by adjusting the HPC concentration to an optimal concentration of about 3.2 mmol L⁻¹. The anatase and rutile phase in the SiO₂/TiO₂ composite microspheres began to form at 700 and 900 °C, respectively. At 700 °C, the specific surface area and pore volume of the SiO₂/TiO₂ composite microspheres were 552 and 0.652 mL g⁻¹, respectively. However, at 900 °C, the specific surface area and pore volume significantly decreased due to the phase transformation from anatase to rutile.     

硬模板法合成磁性石墨化介孔碳及在中药废水吸附处理中的应用

以SBA-15为模板, 蔗糖为碳源, 硝酸铁辅助催化合成磁性石墨化介孔碳复合材料(Fe/GMC). 利用X射线粉末衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸附-脱附(BET)、拉曼光谱等对反应产物进行了表征. 硝酸铁辅助催化可以在较低碳化温度(900℃)下实现介孔碳的部分石墨化, 并同步生成磁性Fe₃O₄颗粒, 合成的产物比表面积大、孔道有序、磁性强. 运用紫外-可见(UV-Vis)光谱考察了该复合材料对中药红花色素废水的吸附特性,复合材料的吸附速率快、吸附量高, 具有良好的脱色效果并能实现吸附剂的快速固液磁分离.     

不同形貌Bi4Ti3O12粒子的可控合成及光催化性能

研究了用一步水热法制备的不同形貌的钛酸铋(Bi₄Ti₃O₁₂, BIT)粒子的光学和可见光催化性能, 并对其晶体结构和微观结构用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)等手段进行了表征. XRD结果表明, 所制备的BIT 样品为层状钙钛矿结构. FESEM结果表明, 通过控制水热过程的反应参数可以得到不同形貌的纳米粒子. 紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)表明BIT 样品的带隙能约为2.88-2.93 eV. 利用可见光(λ>420 nm)照射下的甲基橙(MO)降解实验评价了BIT 样品的光催化性能. 结果表明, BIT 的光催化活性比掺氮TiO₂ (N-TiO₂)高得多. 研究了形貌对BIT 光催化性能的影响. 所制备的BIT纳米带光催化效率最高, 经可见光照射360 min, 甲基橙溶液的降解率可达到95.0%.     

微观形貌可控TiO2的制备及其光解水产氢性能

通过简单的沉淀、水热、溶剂热和溶胶凝胶法分别制备出实心球(s-TiO_2)、空心球(h-TiO_2)、纳米管(a-TNT)和介孔形状(mTiO_2)的锐钛矿晶型结构TiO_2光催化材料。采用HRTEM、FESEM、XRD、UV-Vis、N2吸-脱附和光解水制氢反应等对催化材料的微观表面结构、光吸收性能以及不同形貌光催化剂的光解水制氢的性能对比研究。结果表明:s-TiO_2具有最高的光催化活性,主要归功于s-TiO_2独特的微观形貌结构所致,s-TiO_2是由亚微晶颗粒组成的介孔状实心球,亚微晶粒径相比较其它形貌的材料要小,有利于光生载流子的迁移,抑制电子-空穴对的体相复合,导致活性提高。同时,晶化过程用于传质通道的无序微孔可以束缚用作牺牲剂的CH3OH分子,使得空穴快速被牺牲剂消耗,减少与电子复合。     

原位碳、氮共掺杂二氧化钛空心球的制备与可见光光催化性能

在H₂O₂-HF 的乙醇-水混合溶液中, 通过水热处理碳氮化钛(TiCN)制备了碳、氮共掺杂TiO₂ 空心球(CNTH). 用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X 射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品. 在可见光(λ≥400 nm)照射下, 通过降解甲基蓝检测了碳、氮共掺杂TiO₂空心球的光催化活性. 结果表明, 源于TiCN中的部分碳和氮原子原位掺入了TiO₂的晶格中, 部分碳掺入TiO₂点阵的间隙中. 该材料在整个可见光区展示了增强的可见光吸收, 其带边明显红移. 光催化研究表明在强可见光吸收和独特的空心球结构的协同作用下, 碳、氮共掺杂TiO₂空心球展示了比P25更高的可见光光催化活性.