透明TiO2纳米管/FT0电极制备及表征

采用射频磁控溅射方法在透明导电玻璃(FTO)上沉积纯钛薄膜,室温条件下在H3PO4 HF电解液中通过恒压阳极氧化方法得到TiO2纳米管阵列,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征.研究表明,在电压为20V、氧化时间为50min时,钛薄膜转化为TiO2纳米管阵列,管长约为380nm,内径约为90nm,管壁约为15nm;再经过500℃空气热处理6h之后得到锐钛矿型的TiO2纳米管/FTO透明电极,在可见光区的平均透过率约为80%,TiO2禁带宽度为3.28eV,发生了蓝移,带尾扩展到2.6eV;此外,对结晶前后的复合电极分别在暗态和紫外光下进行线性扫描和瞬态光电流测试,结果表明,结晶的电极表现出更好的光电转换性能;施加阳极电压和紫外光照射都能够促进TiO2光生载流子有效分离,使电子迅速传至导电玻璃表面通过外电路形成光电流.     

阴离子改性甘油溶液中TiO2纳米管阵列的制备和表征

本文采用电化学阳极氧化法以含氟的甘油和水混合溶液为电解液在纯钛表面制备了一层排列规整的TiO2纳米管阵列,研究了电解液中额外添加3种2价阴离子、不同的电解时间及不同的添加物浓度等因素对所获得的TiO2纳米管阵列形貌的影响。结果表明,在改性电解液中制备的TiO2纳米管阵列的长度均超过了未改性的电解液中制备的,并随着氧化时间的增长,纳米管管口直径增大,管壁变薄;同时添加的(NH4)2TiF6浓度在0.025~0.1 mol.L-1范围内均可获得管长更长且形貌较好的TiO2纳米管阵列。     

温度控制TiO2纳米管及管/线复合阵列的制备

以含有NH4F的乙二醇溶液为电解液,在宽温度范围内(10~70℃)对纯Ti表面进行阳极氧化,制得形貌可控的TiO2纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电镜(TEM)对纳米TiO2的形貌进行表征。结果表明,随着电解液温度的变化,纳米TiO2的形貌得到控制,可形成TiO2纳米管阵列及纳米管阵列/纳米线复合结构,温度40~50℃为转折温区。     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中,采用阳极氧化法,在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响.结果表明,TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度.NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度,提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率,提高管的生长速率及增加管的长度;而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解,提高了纳米管的净生长速率,得到较长的纳米管阵列.     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中, 采用阳极氧化法, 在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列, 考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响. 结果表明, TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度. NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度, 提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率, 提高管的生长速率及增加管的长度; 而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解, 提高了纳米管的净生长速率, 得到较长的纳米管阵列.     

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%.     

ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的制备及光电催化降解苯酚的研究

采用阳极氧化法和电沉积法制备出具有可见光响应的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极.用环境扫描电子显微镜(ESEM)、X-射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制备的ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极的表面形貌和结构进行了表征.结果表明,该方法成功地将ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管中,分布在管口处的较少.同时,详细讨论了反应物浓度、沉积时间、循环次数、沉积电压对ZnFe2O4/TiO2纳米管阵列电极性能的影响.通过在可见光下降解苯酚评价了复合电极的光催化活性,实验结果表明:由于ZnFe2O4和TiO2之间的协同效应,复合电极的光响应范围扩展到了可见光区域,光电催化活性提高1.5～2倍.     

纳米镍修饰TiO2纳米管电极检测胰岛素

采用阳极氧化法制备出高度有序的TiO2纳米管阵列作为基础电极,通过电沉积法将纳米镍颗粒负载在基础电极上,从而制备了纳米镍-二氧化钛纳米管(Ni/TiO2NTs)修饰电极。分别采用扫描电子显微镜和X射线衍射对Ni/TiO2NTs电极的形貌及组分进行了表征。将Ni/TiO2NTs电极用于对胰岛素的电化学测定。结果表明,在0.1 mol/L NaOH支持电解液中,胰岛素在Ni/TiO2NTs电极上有较好的电化学响应,胰岛素浓度在0.8～1.6μmol/L范围内,峰电流密度与其浓度呈良好的线性关系,检测限为0.28μmol/L,灵敏度为0.49×10-3 A/(μmol·L-1.cm-2)。     

柔性TiO2纳米管薄膜电极的制备及其光电性能

采用水热合成法制备出TiO₂纳米管,通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO₂纳米管进行了表征.用烧结的TiO₂纳米管和P25粉末混合制成薄膜电极,并研究了薄膜电极的表面形貌、染料吸附量和光电性能.研究表明,加入TiO₂纳米管可以制备出机械稳定的薄膜;掺杂TiO₂纳米管的含量越多,薄膜电极的染料吸附量越大;掺杂5%烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%.     

TiO2纳米管电极金属离子掺杂的表征

采用浸渍法对TiO₂纳米管电极进行Zn²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺离子的掺杂改性,并进行了各种性能表征.扫描电镜(SEM)及X射线衍射光谱(XRD)结果表明,金属离子掺杂后的TiO₂纳米管电极依然保持了良好的表面形态及锐钛矿晶型,纳米管的直径为60-100 nm,其晶面主要为101面;可见紫外漫反射光谱(DRS)分析表明,进行掺杂的TiO₂纳米管电极的光学性质有不同程度的改变,Zn²⁺、Fe³⁺和Cu²⁺掺杂的TiO₂纳米管电极的禁带宽度分别为3.37 eV3、.14 eV、2.86 eV.这表明掺Cu²⁺的TiO₂纳米管电极的吸收边带发生了明显的红移.     

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%.     

导电玻璃上室温沉积钛膜及TiO2纳米管阵列的制备与表征

在掺氟的杂nO2(FTO)导电玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法室温沉积纯Ti薄膜, 以NH4F/甘油为电解液, 经电化学阳极氧化得到结构有序、微米级的TiO2纳米管阵列/FTO复合结构, 并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征. 研究表明, 在氩气气压为0.5 Pa, 功率为150 W, 时间为0.5 h条件下在导电玻璃上室温沉积获得钛膜的结构为晶带T型组织, 表面均匀性好且致密度较高; 在电压为30 V下, 随着阳极氧化时间从1 h延长至3 h, 纳米管的管径从50 nm增加到75 nm, 纳米管的长度从750 nm增至1100 nm后减至800 nm, 管壁由平滑变为波纹状; 随氧化电压的升高, 纳米管管径逐渐增大, 而表面覆盖物逐渐减少, 可通过在稀的HF溶液(0.05%(w, 质量分数))中超声清洗去除; 此外, 瞬态光电流测试表明结晶的电极表现出更好的光电转换性能, 紫外光照射下能促进TiO2光生载流子有效分离, 在热处理温度为450 ℃时, 具有较高的光电化学性能.     

导电玻璃上室温沉积钛膜及TiO2纳米管阵列的制备与表征

在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法室温沉积纯Ti薄膜,以NH4F/甘油为电解液,经电化学阳极氧化得到结构有序、微米级的TiO2纳米管阵列/FTO复合结构,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征.研究表明,在氩气气压为0.5Pa,功率为150W,时间为0.5h条件下在导电玻璃上室温沉积获得钛膜的结构为晶带T型组织,表面均匀性好且致密度较高;在电压为30V下,随着阳极氧化时间从1h延长至3h,纳米管的管径从50nm增加到75nm,纳米管的长度从750nm增至1100nm后减至800nm,管壁由平滑变为波纹状;随氧化电压的升高,纳米管管径逐渐增大,而表面覆盖物逐渐减少,可通过在稀的HF溶液(0.05%(w,质量分数))中超声清洗去除;此外,瞬态光电流测试表明结晶的电极表现出更好的光电转换性能,紫外光照射下能促进TiO2光生载流子有效分离,在热处理温度为450℃时,具有较高的光电化学性能.     

CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

采用密度泛函理论(DFT)研究了五种不同金属元素V、Cr、Pd、Pt、Au掺杂二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)的性质以及CO在这些二氧化钛纳米管阵列中的吸附和氧化.结果表明:金属的掺杂使TNTAs的带隙减小;弱吸附的CO能够和二氧化钛纳米管阵列中的晶格氧通过氧化还原机理生成CO2,这可归因于纳米管阵列的限域效应和金属元素的掺杂.合适的金属掺杂能促进CO氧化,除Cr以外的金属元素的掺杂降低了CO氧化的活化能垒,特别是Pd或Au的掺杂使能垒降低最为明显.贵金属元素Pd或Au掺杂TiO2纳米管阵列具有优良的光催化性能,可用于CO的低温氧化催化剂.     

聚吡咯/TiO2纳米管阵列复合电极制备条件对其光电性能的影响

通过阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列(TNTA),静态下采用电化学方法在TNTA表面修饰聚吡咯(PPy)。并用扫描电子显微镜(SEM)、红外透射光谱(FTIR)、紫外可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)等表征手段对复合材料进行表征。结果显示,PPy和TiO2之间存在强烈的相互作用,PPy修饰的TNTA发生了红移,并且增强了其在整个可见光区的吸收。确定了影响PPy/TNTA复合电极光电性能的因素(聚合时间、聚合温度、聚合电位、电解质浓度等),通过测定连续瞬间电流-时间曲线的方法,考察了制备条件对复合材料光电性能的影响。初步探讨出PPy提高TNTA光电性能的机理。     

NH4F/H3PO4体系中阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列

以价廉的Ni板代替常用的Pt片为阴极,纯钛为阳极,采用电化学阳极氧化法在NH4F-H3PO4体系中制备出TiO2纳米管阵列.详细研究了制备参数(溶液酸度、氟离子浓度、外加电压和氧化时间)对所获纳米管阵列形貌的影响.采用场发射扫描电镜(FE-SEM)和X射线衍射(XRD)对样品的形貌和晶相结构进行了表征.在最优化的条件下,可以获得形貌规整、表面干净、有序的TiO2纳米管阵列.纳米管阵列的平均管径为60 nm.管长约530 nm.采用阳极氧化法制备的纳米管阵列是非晶态的.经400℃热处理2 h后,可以转变为锐钛矿相.实验结果还发现,经过热处理后,纳米管阵列变得更为有序,管径扩大至约95 nm.     

TiO_2纳米管阵列的制备与稀土掺杂改性研究

在水相中采用阳极氧化法制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。探讨了稀土掺杂和染料敏化等因素对TiO2纳米管光电性能的影响,并对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外吸收光谱(UV-V is)、荧光光谱(FS)和光电测试等性能测定。实验结果表明,通过稀土(Gd3+,La3+,Y3+)掺杂TiO2纳米管的光电性能都有所提升,其中Y3+掺杂的TiO2纳米管的光电效率和填充因子最高达到0.92%和0.59,Y3+掺杂后染料敏化TiO2纳米管太阳能光阳极的光电转换效率增加了近3.2倍。     

Preparation and Characterization of TiO2 Nanotube Arrays via Anodization of Titanium Films Deposited on FTO Conducting Glass at Room Temperature

Self-organized TiO₂ nanotube arrays with micro-scale length were prepared on fluorine-doped tin oxide (FTO) conducting glass in NH₄F/glycerol electrolyte by electrochemical anodization of pure titanium films deposited by radio frequency magnetron sputtering (RFMS) at room temperature. The samples were characterized by means of field emission scanning electron microscopy (FESEM), X-ray diffraction (XRD), and photoelectrochemistry methods. The results showed that Ti films prepared at the condition of Ar pressure 0.5 Pa, power 150 W, and 0.5 h at room temperature possessed the zone T model structure with good homogeneity and high denseness. When the anodization time was prolonged from 1 to 3 h at the voltage of 30 V, the pore diameter of TiO₂ nanotubes increased from 50 to 75 nm, and the length increased from 750 to 1100 nm and then gradually decreased to 800 nm, while their wall morphology changed from smooth to rough. Also with increasing the anodization voltage, the pore diameter became larger, and the remaining oxide layer reduced, which could be easily removed by ultrasonic-chemical cleaning in 0.05% (w, mass fraction) diluted HF solution. Moreover, the photocurrent response curves and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) results indicated that UV-illumination clearly enhanced the effective separation of the electron-hole pairs and the crystallized electrodes from the annealing treatment of as-anodized electrodes at 450 °C exhibited a better photoelectrochemical performance.