Y2O3/TiO2 "核-壳"结构在染料敏化太阳电池中的应用

在纳米TiO₂多孔薄膜表面包覆超薄绝缘体,形成"核-壳"结构的势垒层,是目前染料敏化太阳电池（DSC）光阳极改性的研究热点之一.本文选取氧化钇（Y₂O₃）作为包覆层材料,采用浸渍法对纳米TiO₂多孔薄膜进行修饰,研究Y₂O₃包覆处理对TiO₂薄膜微观结构及能带结构的影响;将浸渍法制备得到的Y₂O₃/TiO₂"核-壳"结构光阳极应用于DSC中,研究了饣覆层对电子传输复合以及DSC光电转换性能的影响.结果表明,Y₂O₃包覆处理后,薄膜的平带电势负移,且电子复合得到有效抑制,电子寿命增大,电池的开路电压明显提高.研究表明,适量引入Y₂O₃可以达改善电池性能的目的.     

磷酸铁纳米薄膜复合光波导氨气传感元件的制备

将硝酸铁和甲醇、磷酸溶液按一定比例混合后,通过旋涂法制备了磷酸铁（FePO₄）纳米薄膜,测定了匀胶机转速对膜厚及烘干温度对膜厚和折射率的影响,并发现薄膜的烘干温度超过150 ℃时,薄膜的厚度（130 nm）和折射率(1.7)变化不大。将该薄膜固定在钾离子交换玻璃光波导表面,研制出FePO₄膜/K⁺交换玻璃复合光波导。酸碱指示剂溴百里酚兰（BTB）作为敏感试剂,固定在复合光波导表面,研制了BTB膜-FePO₄膜/K⁺交换玻璃复合光波导氨气传感元件。采用自装的光波导气体传感检测系统对不同浓度的氨气进行了检测。结果表明,该传感元件能够检测0.35 mg/m³浓度的氨气,并具有响应（10 s）及恢复（90 s）速度快、可逆性好、连续使用等特点。     

偶氮苯-PVP复合薄膜光波导传感器检测苯乙烯

将掺杂偶氮苯（Azo）的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）作为敏感试剂,利用旋转甩涂法将其固定在钾离子（K⁺）交换玻璃光波导表面,研制了Azo-PVP复合薄膜/K⁺交换玻璃光波导气敏元件,并对其气敏特性进行研究。实验结果表明,该敏感元件对苯乙烯蒸汽有较好的选择性响应,其最低检测浓度为1.0×10^-8体积比（V/V₀）,响应-恢复时间分别为9 s和24 s。在浓度1.0×10^-81.0×10^-3（V/V₀）范围内,气体浓度与输出光强度之间有较好的线性关系。     

Ta/Al-Fe2O3薄膜电极的制备及其光电催化降解亚甲基蓝性能

采用简单的涂滴法制备出新型的Al、Ta 共掺杂的三元铁氧化物(Ta/Al-Fe₂O₃)可见光响应型光催化薄膜. 运用X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见(UV-Vis)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亚甲基蓝(MB)废水的反应性能. 由表面谱学分析可知, Ta 和Al 成功掺入Fe₂O₃中, Ta 会改变催化剂表面Al 和O的化学环境. 在可见光照射下的光电催化(PEC)反应中, Ta/Al-Fe₂O₃降解MB的反应速率约为Al-Fe₂O₃的2 倍, 光电催化共作用的效果优于单纯光催化作用(PC)和电催化(EC)作用的效果.结果表明, Ta掺杂有利于提高Ta/Al-Fe₂O₃薄膜的光电催化活性.     

热处理气氛对α-Fe2O3光阳极光电化学性能影响研究

分别在空气和氮气中对水热制备的薄膜进行热处理获得了纳米棒状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与空气热处理获得的α-Fe₂O₃Air光阳极相比,氮气气氛热处理获得的α-Fe₂O₃光阳极正面光照电流密度显著提升达到0.42mA·cm^-2。正面光照下,α-Fe2O3N2光阳极的体内电荷分离效率ηbulk和表面电荷注入效率ηsurface都有较大增加,说明N2热处理明显增加了α-Fe₂O₃膜的载流子浓度,增强了体内载流子的传输和表面载流子注入效率。     

β-Bi2O3修饰Bi2WO6光催化降解苯酚及其可能机理

采用简单混合法制备了一系列Bi₂O₃/Bi₂WO₆复合光催化剂. 在紫外光降解水中苯酚的过程中, Bi₂O₃/Bi₂WO₆的光催化活性随Bi₂O₃含量的增加呈现先增大后减小的趋势. 当Bi₂O₃最佳负载量等于12.5% (质量分数, w)时, 该复合光催化剂的活性大约是单一Bi₂WO₆的4 倍. 固体样品表征表明, Bi₂O₃主要以β-Bi₂O₃存在, 复合光催化剂是Bi₂O₃和Bi₂WO₆的简单混合物. 此外, 在电催化氧化水的过程中, β-Bi₂O₃/Bi₂WO₆薄膜电极的光电流远大于β-Bi₂O₃和Bi₂WO₆薄膜电极的光电流之和. Bi₂O₃对Bi₂WO₆光催化的促进作用是由于前者接受后者的光生空穴, 提高Bi₂WO₆光生载流子的分离效率, 从而加快了O₂的还原和苯酚的降解.     

相转移方法制备水溶性Fe3O4纳米晶

在有机溶剂中合成了超顺磁性的油溶性Fe₃O₄纳米晶. 利用相转移的方法成功地将油溶性Fe₃O₄纳米晶完全转移至水相中, 其中两性齐聚物——聚马来酸脂肪胺酯作为修饰剂包裹在Fe₃O₄纳米晶的表面. 利用透射电子显微镜(TEM)、红外光谱仪、热失重分析和动态光散射仪对水溶性纳米晶的形貌和结构进行了表征. 所制备的水溶性磁流体在外加磁场的环境中表现出所预期的超顺磁性行为. 两性齐聚物中疏水链的长度能够显著地影响相转移效果, 研究发现利用含有十六个碳链的聚马来酸十六胺酯来转移纳米晶时效果最好. 生物相容性测试实验表明两性齐聚物修饰的Fe₃O₄纳米晶在各种生理环境中都能够稳定地存在, 并没有发生团聚现象.     

硝酸铵对SO2在大气颗粒物表面气-粒转化影响的模拟研究

利用流动态的原位傅里叶变换红外漫反射光谱(DRIFTS)对含硝酸铵气溶胶(以α-Fe₂O₃为主模拟气溶胶)与SO₂的非均相反应进行了研究, 比较了硝酸铵与其它金属氧化物(CaO, MgO, α-Al₂O₃和SiO₂)与SO₂反应的情况.实验结果表明, 硝酸铵和α-Fe₂O₃混合颗粒物比硝酸铵和其它金属氧化物混合颗粒与SO₂反应的吸附系数高, 表明α-Fe₂O₃比其它金属氧化物催化能力变强.利用BET面积作为反应活性表面积, 发现含有6％(质量分数)NH₄NO₃的α-Fe₂O₃混合颗粒物与SO₂反应具有最高的比表面积吸附系数(γ_BET=2.42×10^-9), 比纯氧化铁的反应高了近1.8倍.而纯NH₄NO₃颗粒与SO₂不发生反应, 表明少量硝酸铵的存在在一定程度上提高了SO₂在气溶胶颗粒物表面转化成硫酸盐的能力. 本文还讨论了含硝酸铵气溶胶与SO₂的反应机制及其对大气环境的影响.     

磁性纳米颗粒Fe3O4的醇改性制备机理及应用

利用化学沉淀法, 以乙二醇(EG)、 聚乙二醇(PEG)和甘露醇(D-M)分别为表面改性剂制备了改性的Fe₃O₄颗粒(分别命名为E-Fe₃O₄, P-Fe₃O₄和D-Fe₃O₄). 实验结果显示, 醇类分子能成功地修饰在Fe₃O₄颗粒表面, 但 未改变其形貌、 大小、 晶相和磁性．采用傅里叶变换红外光谱、 离子选择性电极法、 Zeta电位和接触角等 手段研究其改性机理, 发现P-Fe₃O₄和D-Fe₃O₄样品表面醇修饰与水分子介导的氢键有关, E-Fe₃O₄则通过表面羟基直接与乙二醇形成了更稳定的氢键, 即使经热处理(120 ℃)乙二醇分子仍被固定在Fe₃O₄表面. 表面带有疏水基团的E-Fe₃O₄具有适中的亲水性(接触角32.92°)和水中分散性(粒径200~300 nm). 带负电荷的E-Fe₃O₄被应用于水中阳离子染料结晶紫(CV)的吸附和磁性分离, 对CV吸附量为19.33 mg/g, 是未改性前(8.41 mg/g)的2.3倍, 通过外加异丙醇可以促进CV脱附．     

Y2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件及其气敏性

采用溶胶-凝胶法将氧化钇(Y2O3)敏感膜固定在锡掺杂玻璃光波导表面,研制出了Y2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件,并对挥发性有机气体进行了检测.通过XRD测试对敏感薄膜的结构及晶粒尺寸进行了表征.实验结果表明,在室温下Y2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件对二甲苯、氯苯气体有较好的选择性响应,其响应浓度范围为l×10-3 ～1×10-5(V/V).Y2O3薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件具有灵敏度高、成本低、响应速度快、制作工艺简单和可逆性好等优点.     

磁性Fe3O4纳米粒子的功能化修饰研究进展

Fe₃O₄纳米粒子因其独特的磁学性能和良好的生物相容性,在生物医药、催化剂、环境治理等领域具有良好的应用前景。然而,磁性Fe₃O₄纳米粒子易团聚、在潮湿的空气中易氧化,制约了Fe₃O₄纳米粒子的深度应用。本文结合课题组在磁性Fe₃O₄纳米粒子应用方面的研究成果,综述了磁性Fe₃O₄纳米粒子的功能化修饰,并讨论了磁性Fe₃O₄复合纳米材料发展面临的机遇和挑战。      

聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/Tb4O7纳米复合材料的制备及其光物理性能研究

采用原位脱氯化氢缩合聚合法制备了聚(2-甲氧基-5-辛氧基)对苯乙炔/氧化铽(PMOCOPV/Tb₄O₇)纳米复合材料. 红外光谱证实了在Tb₄O₇表面的包覆层为PMOCOPV. 紫外-可见吸收光谱表明随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇的最大吸收峰发生红移且强度提高. 荧光光谱研究表明随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇的最大发射波长发生蓝移且强度提高, 荧光寿命得到增强, Tb₄O₇与PMOCOPV之间形成了光致电子转移体系, 使得π电子离域程度增加, 并且导致荧光量子效率提高. 根据E_g与入射光子能量hν的关系, 拟合了PMOCOPV/Tb₄O₇薄膜的光学禁带宽度, 发现随着Tb₄O₇含量增加, E_g减小. 采用简并四波混频方法测试它们的三阶非线性极化率χ⁽³⁾, 结果发现随着Tb₄O₇含量增加, PMOCOPV/Tb₄O₇纳米复合体的非线性光学响应逐渐增强, 这说明PMOCOPV与Tb₄O₇之间形成了分子间光致电子转移体系, 产生了复杂的分子间离域π电子非线性运动.     

原位生长的α-Fe2O3/ZnO异质纳米棒阵列对乙醇气体的高选择性检测

采用两步溶液法在陶瓷管上原位生长了ZnO纳米棒阵列,然后以ZnO纳米棒为载体,通过水热法在其表面负载α-Fe₂O₃纳米粒子,生成异质α-Fe₂O₃/ZnO复合纳米材料。 α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒直径30~80 nm,长1 μm左右,交叉排列形成纳米棒阵列,α-Fe₂O₃纳米粒子粒径约10 nm,均匀分布在ZnO纳米棒表面。 将纯ZnO和α-Fe₂O₃/ZnO纳米棒阵列制成气敏元件,测试并对比了2种气敏元件的气敏性能,揭示其气敏机理。 结果表明:α-Fe₂O₃纳米粒子的复合显著提高了ZnO纳米棒阵列对乙醇气体的灵敏度和选择性,在工作温度370 ℃时,对100 μL/L乙醇气体的响应值为85.4,是同条件下ZnO器件对乙醇响应值(9.4)的9.1倍,响应时间7 s,最低检出限为0.01 μL/L。 相关研究可以应用于痕量乙醇的快速、高灵敏度和高选择性检测。     

氧化锌薄膜/锡掺杂玻璃光波导元件及其对氯苯的气敏性研究

建立了玻璃光波导气敏元件检测氯苯气体的方法.采用浸渍-提拉法将ZnO敏感膜固定在锡掺杂玻璃光波导表面,研制出了检测氯苯气体的ZnO薄膜/锡掺杂玻璃光波导气敏元件,并用该玻璃光波导气敏元件对挥发性有机气体进行了检测.实验结果表明,在室温下,气敏元件对氯苯气体有明显的响应,而对相同浓度的其它挥发性有机气体的响应相对较小,对...     

TiO2/Bi2O3纳米复合体的制备及可见光催化产氢性能

首先采用相分离的水解-溶剂热法制备了Bi₂O₃纳米粒子,然后利用简单的湿化学法在Bi₂O₃表面负载不同比例的TiO₂纳米颗粒,进而得到TiO₂/Bi₂O₃纳米复合体。通过气氛调控的表面光电压谱(SPS)等测试表明,表面负载适量的TiO₂后能够提高Bi₂O₃光生电荷分离。可见光催化产氢和降解污染物测试结果进一步证明,表面负载适量的TiO₂后可显著提高其可见光催化活性,其中Ti/Bi摩尔比为7%时具有最高的光催化活性。这主要归因于TiO₂具有较为合适的导带能级位置,可以接收Bi₂O₃在可见光激发下所产生的高能级电子,从而抑制光生电子-空穴对复合,并且维持了高能级电子较高的还原能力。     

BiVO4/CuBi2O4薄膜光电极的制备及光电性能

通过金属有机物分解法(MOD)协同光电化学沉积法, 将p型氧化物半导体CuBi₂O₄沉积在BiVO₄纳米薄膜上, 形成包覆性异质结结构, 制备了一种新型p-n异质结光阳极n-BiVO₄/p-CuBi₂O₄, 用于太阳能光电化学(Photoelectrochemical, PEC)水分解. 研究结果表明, 在1.23 V(vs. RHE)电势下, BiVO₄/CuBi₂O₄ 异质结光阳极表现出优良的PEC水氧化性能, 光电流密度达到2.8 mA/cm², 负载磷酸钴(Co-Pi)的BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi光电极, 光电流密度达到4.45 mA/cm², 分别为BiVO₄电极光电流密度的3.1倍和4.9倍. X射线衍射(XRD)、 紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、 电化学阻抗谱(EIS)和能级结构图等结果也证实, BiVO₄/CuBi₂O₄和BiVO₄/CuBi₂O₄/Co-Pi复合电极材料在内建电场和能带弯曲作用下, 光吸收特性增强, 载流子界面转移电阻减小, 具有良好的光电化学性能与稳定性.     

磁性印迹纳米粒子固定血红蛋白修饰磁性电极构建过氧化氢传感器

采用表面印迹技术,以磁性二氧化硅纳米粒子（Fe₃O₄@SiO₂ NPs）作为载体、血红蛋白（Hb）为模板分子、正硅酸乙酯（TEOS）为印迹聚合物单体,制备了Hb印迹Fe₃O₄@SiO₂的磁性印迹纳米粒子（MMIPs NPs）. MMIPs NPs具有磁性内核和血红蛋白印迹壳层的核壳结构,可以富集并固定Hb. 使用壳聚糖将MMIPs NPs固定于磁性电极表面,构建血红蛋白类酶生物传感器,研究了Hb对过氧化氢（H₂O₂）的催化活性. MMIPS NPS相比于磁性非印迹纳米粒子（MNIPS NPS）,催化电流增加了14.3%. 采用磁性电极,MMIPS NPS、Hb和O₂的顺磁性使得该类酶生物传感器对H₂O₂的催化电流增加了60.0%. 血红蛋白类酶生物传感器电流响应与H₂O₂浓度在25 ~ 200 μmol·L^-1间呈线性关系,检出限为3 μmol·L^-1（S/N=3）,表明该类酶传感器对H₂O₂具有良好的催化性能.     

硅铝氧化物二元包覆钛白粉颗粒的有机改性

在二元包覆SiO₂,Al₂O₃薄膜的基础上,用钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂及三乙醇胺、季戊四醇对亚微米TiO₂颗粒表面进行有机改性.考察了改性条件对颗粒表面改性结果的影响.通过疏水性试验和润湿性试验对改性前后TiO₂颗粒的表面特性进行了表征.高温裂解色谱、热重分析、X光电子能谱的测试结果表明,不同改性剂与颗粒表面存在不同程度的化学键合作用.分析了改性剂在颗粒表面的包覆状态与结构.     

表面钒修饰对α-Fe2O3材料光电化学性能的增强作用

对半导体材料进行表面化学修饰或改性,是提高其光催化活性、有效利用光能的一种重要措施.本文结合水热化学法、化学池沉积和后续热处理等,分别制备了未修饰α-Fe₂O₃和钒修饰的α-Fe₂O₃光电极材料.利用X射线粉末衍射(XRD)谱和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)技术分析表征了材料的晶相结构、化学组成和光谱吸收等固体物理化学性能;利用光电流测量和电化学交流阻抗谱(EIS)实验技术,并基于1 mol·L^-1NaOH (pH 13.6)中的光电化学水分解反应,研究了钒修饰对α-Fe₂O₃材料光电化学性能的增强作用.结果表明,与未修饰的Fe₂O₃材料相比,钒修饰α-Fe₂O₃样品出现FeVO₄的XRD特征峰,但临界光吸收波长未发生红移;钒修饰使Fe₂O₃材料的光电流增大4-5倍、光生载流子在电极表面的复合几率降低了3/4-4/5、电极表面电荷传递速率(表观一级速率常数)明显提高.结合Fe₂O₃/溶液界面半导体能带模型和有关研究结果,分析了研究体系的界面电荷动力学传输过程以及钒修饰使α-Fe₂O₃材料光电化学性能增强的原因.     

CO分子在不同类型Al2O3表面的吸附构型和电子结构

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论方法对CO分子在α-Al₂O₃（0001）以及γ-Al₂O₃的（100）、（110C）、（110D）表面上的吸附构型和电子结构进行系统研究.计算结果表明,CO倾向于选取C端吸附在表层Al原子上,并主要通过其5σ轨道与表面发生作用,吸附后部分电子从CO转移到底物,导致各Al₂O₃表面功函均发生不同程度的下降,与气相相比,吸附后CO分子的C-O伸缩振动频率均发生蓝移.通过对比CO在各表面上的吸附情况,可以看出CO可作为检测Al₂O₂不同类型表面活性中心的有效探针分子.