贵金属掺杂Ti/TiO2电极的制备及其电催化性能研究

采用阳极氧化-阴极电沉积两步法: 先在钛基体上用阳极氧化法制备多孔TiO₂薄膜, 接着在这层多孔状薄膜上采用阴极电沉积方法掺杂Pt, Ir来制备Ti/TiO₂-Pt修饰电极和Ti/TiO₂-Ir修饰电极. 用XRD, SEM分析了掺杂前后的成分、相结构及表面形貌的变化, 结果表明: Pt优先沉积在TiO₂多孔中; 与Pt不同, Ir没有表现出在TiO₂孔中优先沉积的现象, 出现这种现象的原因是这两种贵金属的电沉积电位相对于n-TiO₂的平带电位不同. 使用SIMS分析了在Ti/TiO₂-(Pt/Ir)修饰电极中Ti, Pt, Ir的浓度分布, 大致算出TiO₂薄膜厚度为750 nm左右. 由极化曲线和阻抗谱结果得出: 掺杂Pt, Ir明显改善了Ti/TiO₂ 电极的电催化性能, 且随着Pt沉积时间的增长, 修饰电极在硫酸析氧反应中的电催化活性提高.     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

石墨烯修饰Y型TiO2纳米管光电极制备及其对氨氮催化氧化性能

采用三步阳极氧化法和一步循环伏安电沉积法制备了还原氧化石墨烯（rGO）修饰的Y型TiO₂纳米管阵列（rGO/Y-TiO₂ NTs）电极。通过场发射电子扫描显微镜（FESEM）、能量色散X荧光光谱（EDX）、X射线衍射（XRD）、紫外可见漫反射光谱（UV-Vis）及拉曼光谱（Raman）等对电极样品进行了表征。以rGO/Y-TiO₂ NTs电极为光阳极,测试了不同循环伏安沉积圈数对电极光电流响应的影响,考察了在1.0 V偏压下电极对氨氮的光电催化氧化性能。结果表明,高度有序的Y-TiO₂ NTs为锐钛矿型,具有大的比表面积,表面修饰平滑透明rGO薄膜后可显著提高其光电催化效率,沉积圈数为30时电极在30 min内对氨氮的光电催化氧化效率为95.9%。     

Ti基表面NiO修饰纳米TiO2电极材料的制备及电催化活性

在无水乙醇和乙酰丙酮混合溶液中，电解Ti、Ni金属制得电极材料前驱体NiTi_m(OR)_3m+1(acac)_m+1。将其直接水解、干燥后在550 ℃煅烧2 h，制得纳米NiO/TiO₂粉体。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、电子透射显微镜(TEM)测试表明，前驱体中含有乙酰丙酮基[acac^-]，颗粒平均尺寸为20 nm。通过电合成与沉积得到高活性的纳米NiO/TiO₂修饰电极，采用循环伏安和循环方波伏安研究NiO/TiO₂电极在H₂SO₄溶液中的氧化还原行为以及还原草酸的电催化活性。结果表明，NiO/TiO₂电极在1 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中有两对氧化还原峰E_pc1=-0.61 V，E_pc2=-1.05 V(vs SCE)，掺杂Ni电极的放电电流明显增大，达75 mA·cm^-2。间接电还原草酸为乙醛酸，收率和电流效率分别达93%和96%。     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

TiO2光电化学电池催化氧化甲基红

以钛基TiO₂薄膜为光阳极，研究了光电化学电池中阳极光催化降解偶氮染料甲基红的动力学. 结果表明，短接光电化学电池分隔了光催化过程的阴、阳极反应，有利于抑制光生载流子的复合，提高光催化氧化速率. 相同实验条件下短路光电流越大，则甲基红降解速率越高. 在基底和TiO₂薄膜之间夹层SnO₂得到组装电极Ti/SnO₂/TiO₂，进一步提高了光生载流子的分离效率；同时采用电化学阻抗谱（EIS）评价了电极的光催化性能.     

阳极氧化法制备TiO2多孔薄膜

本文综述了制备TiO₂薄膜的各种方法,详细介绍了阳极氧化法制备TiO₂多孔膜的进展,在非含氟电解液体系中,对纯钛进行阳极氧化处理可制得表面呈无规则生长的多孔膜结构;在含氟电解液体系中,则可自组织形成高度有序的TiO₂纳米管阵列,并指出阳极氧化法是可在常温低压下进行、操作工艺简单、薄膜性能稳定、再现性好的一种最具工业化应用潜力的制备方法。     

磷钼酸修饰铂电极的电化学行为及对甲醇氧化的电催化作用

通过循环伏安扫描法制备了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极,并研究了该修饰电极在硫酸溶液中的电化学行为。研究结果表明:虽然磷钼酸具有较大的分子尺寸,但在Pt/Pt电极上仍能发生吸附作用,并且由于PMo₁₂在电极上的吸附,降低了Pt/Pt电极上氢区和氧区的荷电量,另外在0.02V左右还观察到磷钼酸的氧化-还原峰。通过稳态极化曲线和循环伏安曲线研究了PMo₁₂修饰Pt/Pt电极对甲醇氧化的电催化作用。测试结果表明:PMo₁₂修饰铂基电极不但对甲醇的电氧化具有较高的活性,而且还有一定的抗CO中毒性。该修饰电极还具有较高的稳定性。     

“三明治式”多层Au/Pt复合薄膜的制备及其对甲醇的电氧化

采用界面组装、欠电位沉积和氧化还原置换反应组合方法制备了单层Pt/Au复合薄膜, 并且不需要任何有机偶联剂; 组装单层Pt/Au复合薄膜为三类多层Pt/Au复合薄膜: (Pt/Au)_n、Pt_m/Au和(Pt₃/Au)_k (n、m和k分别为Pt/Au、Pt和Pt₃/Au的层数). 采用电子显微镜研究了Au纳米粒子单层膜和Pt/Au复合多层膜的形貌. 对于所有的多层膜电极而言, 其电化学活性面积随着层数的增加而增加. 通过研究甲醇在每一类Pt/Au复合薄膜上的氧化电流密度, 考察了其对甲醇的电催化和抗毒化性能. 对于同一类复合薄膜而言, 甲醇分别在(Pt/Au)₃、Pt₃/Au和(Pt₃/Au)₂电极上均具有最大的氧化电流密度, 且优于本体Pt电极. 在这三种电极中, (Pt/Au)₃电极无论从电流密度上还是从抗毒化能力上讲, 其性能是最好的, 而且其抗毒化能力也优于商业Pt/C催化剂. 这种良好的催化性能源于Au和Pt之间最大化的协同效应, 这取决于Pt和Au原子比率以及Pt纳米层和Au纳米层之间的排布方式.     

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.     

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.     

电沉积三维多孔Pt/SnO2薄膜及其对甲醇的电催化氧化

在高电流密度下以阴极析出的氢气泡为“模板”电沉积三维多孔Sn薄膜, 经在200 ℃ 2 h和400 ℃ 2 h热处理氧化后电沉积金属Pt, 制得三维多孔的Pt/SnO₂ (3D-Pt/SnO₂)薄膜. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了薄膜的形貌和结构. 结果显示Pt主要沉积在SnO₂枝晶上, 形成Pt_shell/SnO_2core结构的枝晶. 在0.5 mol•dm^－3 H₂SO₄＋1.0 mol•dm^－3 CH₃OH溶液中的循环伏安结果表明, 3D-Pt/SnO₂薄膜电极在酸性溶液中电催化氧化甲醇的性能优于电沉积的纯铂电极, 而且具有较高的稳定性.     

乙二醇在Pt-WO3/C上的电催化氧化

用循环伏安(CV)和线性扫描(LSV)法研究了乙二醇(EG)在碳载Pt-WO₃/(Pt-WO₃//C)和碳载Pt(Pt/C)电极上的电化学氧化行为. 发现Pt-WO₃//C电极对EG氧化的电催化活性比Pt/C电极高. 这是由于WO₃/能提供EG在Pt上氧化所需的含氧物种，而且WO₃/能降低EG氧化的中间产物CO在Pt上的吸附强度.     

硫酸溶液中苯酚在Ti/PbO2电极上的循环伏安研究

用循环伏安法研究了Ti/PbO₂电极在苯酚硫酸溶液中的电催化作用. 结果表明, 在硫酸溶液中, Ti/PbO₂阳极对苯酚具有电催化氧化作用. 如果苯酚浓度较低, 产生的吸附态羟基自由基可以将苯酚氧化, 直至完全矿化. 当苯酚浓度较高或产生的羟基自由基量相对较小时, 苯酚或中间产物可吸附在电极表面, 降低电极的真实表面积, 减少电极的活性点, 阻止反应物接近电极表面, 抑制苯酚的进一步氧化. 随着电解时间的延长, 这些吸附物由于逐渐被氧化, 电极活性恢复.     

固态光电催化器件 ITO/TiO2/ITO 的构型和机制

 采用浸渍-提拉法将 TiO₂ 薄膜负载在具有一定电极构型的氧化铟锡 (ITO) 基底上, 制备了全固态 TiO₂ 平面型器件 (ITO/TiO₂/ITO). 采用扫描电镜对器件的表面形貌和膜厚进行了表征. 以紫外光下器件光电协同催化降解罗丹明 B(RhB) 为模型反应, 考察了器件的构型和空穴捕获剂 (乙醇) 对其光电催化性能的影响. 结果表明, 初始浓度为 10 mg/L 的 RhB 在 1.5 V 偏压和 NaCl (1.5 mol/L) 为电解质的条件下, 光照 60 min 脱色率达到 83%; 阳极面积较大的器件光电催化性能较好, 刻蚀宽度为 2 mm 时光电催化活性最高; 空穴与 TiO₂表面吸附的 H₂O 氧化生成的羟基自由基对液相光电催化降解 RhB 起着重要作用.     

Ni控制掺杂TiO2薄膜的光电化学及光催化活性

采用溶胶-凝胶法通过分步控制工艺制备了镍离子不同掺杂方式的TiO₂薄膜。通过甲基橙的光催化降解动力学来表征其光催化活性。结果表明：镍离子非均匀掺杂在掺杂量0.5%时可以明显增强TiO₂的光催化活性，而均匀掺杂提高TiO₂的光催化活性较小。光电化学表征结果显示：镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的瞬时光电流信号较强，说明其光生载流子易于生成且分离效果较好；循环伏安曲线表明，光照时Ni非均匀掺杂的TiO₂薄膜改变了体系的氧化还原电位，说明了薄膜内建电场的建立。基于半导体的P-N结原理探讨了镍离子非均匀掺杂TiO₂薄膜的光催化活性机理。     

偏压控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生长及其光电化学性质

基于TiO₂/Ti 电极在含Cu²⁺溶液中的循环伏安图,调节电沉积的沉积电压,我们在TiO₂平整表面制备出Cu₂O和/或Cu颗粒. 通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）表征,发现Cu₂O和Cu有不同的生长机制：Cu₂O颗粒在TiO₂表面分散结晶,而Cu颗粒是在已生长的颗粒上成核,从而形成堆积颗粒结构. 这是由于在Cu₂O/TiO₂界面和Cu/TiO₂界面形成不同的能带结构,使得电子的转移方式不同. 与纯TiO₂光阳极比较,可以观察到Cu₂O/TiO₂和Cu/TiO₂异质结构的光电流均有显著增强. 特别地,存在一个电压区间使得Cu₂O和Cu同时生长在TiO₂表面,此时对应的光电流比较稳定并且能达到最大. 紫外-可见（UV-Vis）漫反射光谱、电化学阻抗谱（EIS）和光电流-电压特性曲线均显示,Cu₂O和Cu明显有助于光的可见光吸收,同时Cu/TiO₂在光电转换过程中显示更宽波段的可见光利用率. 此外,开路电压的增加、有效的电荷分离和电极/电解质界面上载流子的快速迁移也增强了材料的光电化学性质.     

碳黑预处理对Pt/C催化剂对甲醇氧化电催化活性的影响

直接甲醇燃料电池(DMFC)由于具有较多的优点而受到广泛的关注. 但是碳载Pt (Pt/C)阳极催化剂电催化活性低是限制其应用的一个主要问题. 为了提高Pt/C催化剂对甲醇氧化的电催化性能, 分别用CO₂, 空气, H₂O₂或HNO₃对常用作为载体的Vulcan XC-72碳黑进行预处理. 结果表明, 在用CO₂, 空气, HNO₃, H₂O₂处理的及未处理的碳黑作载体制得的Pt/C催化剂电极上, 甲醇氧化峰的峰电流密度顺序为39, 33, 32, 20和18 mA•cm^－2, 表明用CO₂处理的碳载体制备的Pt/C催化剂对甲醇氧化有最好的电催化活性和稳定性. 其主要原因是用CO₂处理能减少碳黑表面的含氧基团和增加石墨化程度, 而使碳黑的电阻降低及Pt粒子在碳黑上的分散性变好.