NiO/TiO2异质结构纳米管阵列膜对不锈钢的光生阴极保护及其储能性能

本工作通过修饰TiO₂制备半导体复合膜,提高其光吸收和光电化学性能,以期应用于光生阴极保护。先采用阳极氧化法在Ti表面制备TiO₂纳米管阵列膜,再应用水热处理法在膜表面沉积NiO纳米颗粒,形成具有异质结构纳米管复合膜。利用扫描电子显微镜、X-射线衍射、X-射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱、光致发光谱和光电化学技术对制备的纳米膜进行表征。结果表明,与纯TiO₂纳米管膜比较,NiO/TiO₂纳米管复合膜的光吸收扩展到可见光区。白光照射下,其在0.5 mol·L^?1 KOH和1 mol·L^?1 CH3OH混合液中的光电流密度达到176μA·cm^?2,是纯TiO₂纳米管膜的2倍。复合膜具有良好的光生阴极保护作用,与0.5 mol·L^?1 NaCl溶液中的403不锈钢耦连后,可使其电极电位下降440 mV,在光照2.5 h再转为暗态后,因具有电荷储存能力还可继续提供约15.5 h的阴极保护效应。     

AgBiS2/Bi2S3分子印迹光电化学传感器用于测定残杀威

构建了一种基于AgBiS₂/Bi₂S₃的分子印迹光电化学传感器,用于杀虫剂残杀威的检测。采用溶剂热法,在钛片基底上合成AgBiS₂/Bi₂S₃复合材料。以残杀威为模板分子,邻苯二胺为功能单体,通过电聚合在修饰AgBiS₂/Bi₂S₃复合材料的钛片上电沉积形成分子印迹聚合物膜,可对残杀威产生特异性识别。残杀威与印迹孔穴特异性结合后,阻碍电子供体穿过孔穴到达电极表面,导致光电流降低,据此进行残杀威的检测。残杀威浓度的对数值与光电流在1.0×10^-12～5.0×10^-10 mol/L范围内呈线性关系,检出限为2.3×10^-13 mol/L。将此传感器用于水果等实际样品中残杀威残留的检测,加标回收率介于101.0%～103.1%之间。     

电镀法制备Pt/TiO2纳米管电极及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法制备得到锐钛矿型二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列,在其表面通过电镀法沉积Pt,得到了低铂的Pt/TiO₂纳米管电极(Pt/TiO₂-NTs)。通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜对其进行形貌表征后发现,Pt较为均匀地分布于TiO₂纳米管阵列中。进一步的电催化析氢结果表明,Pb/TiO₂-NTs在10 m A·cm^-2时,过电位为0.079 V,塔菲尔斜率为42.7 m V·dec^-1,较Pt/TiO₂致密膜电极(Pt/TiO₂-F)以及商业Pt/C催化剂显示了更为优异的催化活性。同时,在长循环稳定性测试(3 000个周期)中,Pb/TiO₂-NTs相较于上述2种对比电极显示了更为优异的稳定性。     

Bi2Ti2O7/TiO2/Bi4Ti3O12多异质结的构筑及其增强的可见光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为基质,硝酸铋为铋源,KOH为矿化剂,成功制备了多异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂/Bi₄Ti₃O₁₂复合纳米纤维光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等一系列表征,对其物相组成、微观形貌和光学性质等进行分析。结果表明：TiO₂纳米纤维的介入,将Ⅰ型异质结Bi₂Ti₂O₇/Bi₄Ti₃O₁₂分离为2个Ⅱ型异质结Bi₂Ti₂O₇/TiO₂和Bi₄Ti₃O₁₂/TiO₂。Bi₂     

阳极氧化制备TiO2纳米管及其光催化性能

采用电化学阳极氧化法在纯Ti表面制备出结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 研究了不同溶液体系对TiO₂纳米管尺寸和形貌的影响. 利用X射线衍射仪和场发射扫描电镜表征所制备的TiO₂纳米管. 20 V反应15 h, 0.5 wt% HF＋1 mol/L (NH₄)H₂PO₄溶液中TiO₂纳米管直径为70～90 nm, 长度约2.2 μm, 在500 ℃的空气气氛下退火1 h, 纳米管薄膜以锐钛矿结构为主, 在该条件下所制备TiO₂纳米管的光电流密度达到3.2 mA/cm². 以该纳米管薄膜为光阳极, 施加0.45 V (vs. SCE)的外加偏压, 在125 W紫外光照射5 h后, 初始摩尔浓度为20×10^－6 mol/L的酸性红G (C₁₈H₁₃N₃Na₂₀₈S₂)在pH＝3时, 降解率达到92.4%.     

基于纳米TiO2和TiN为工作电极的循环伏安法测定过氧化氢的含量

制备了纳米TiO₂、TiN材料,将其作为工作电极,建立了循环伏安法测定过氧化氢含量的方法。将钛片置于含10.0 g氟化铵、0.6 g脲、24 mL 30%（质量分数）过氧化氢溶液、24 mL硝酸组成的抛光液中进行下表面抛光处理,再加入15 mL丙酮、15 mL无水乙醇、15 mL水,超声处理15 min后,得到光亮钛片。以光亮钛片为阳极,普通钛片为阴极,在不同电解质[TiO₂粗糙膜对应的电解质为1.0 mol·L^-1硫酸溶液;TiO₂纳米管为50 mL丙三醇、50 mL水、0.2 mol·L^-1硫酸溶液、0.5%（质量分数）氟化钠溶液;TiO₂纳米孔为100 mL乙二醇、1 mL水、0.38%（质量分数）氟化铵溶液]中,采用阳极氧化法,得到不同形貌大小的TiO₂粗糙膜、TiO₂纳米管、TiO₂纳米孔;再通过氨气热还原,得到TiN粗糙膜、TiN纳米管、TiN纳米孔。以TiO₂     

1D/2D TiO2/ZnIn2S4S型异质结光催化剂及其高效制氢性能

通过半导体催化剂利用太阳能分解水制氢被认为是解决人类面临的环境问题和能源危机的有效途径.在众多的半导体光催化剂中,TiO₂由于其良好的光化学稳定性、无毒性、丰富的形貌以及低廉的价格,在光催化制氢领域备受关注.然而TiO₂的内在缺陷,如较宽的带隙、较窄的光响应范围,光生电子空穴对的快速复合,极大限制了其太阳能制氢效率.构建异质结结构被认为是解决以上问题的一个有效方法,通过将TiO₂与另一个半导体复合可以提升催化剂对太阳光的吸收范围,也可降低光生电子空穴对的复合速率.但构建一个成功的异质结结构不仅要满足上述的要求,还需要保留异质结催化剂体系中光生电子和空穴的氧化还原能力.研究表明,S型异质结是将两个具有合适能带结构的半导体进行耦合,由于费米能级的差异,两个半导体间将发生电子转移,从而引起能带弯曲并形成内建电场.光照条件下,具有较弱还原能力的光生电子在内建电场和能带弯曲的作用下与较弱氧化能力的光生空穴复合,实现异质结催化剂体系中各个半导体内部光生载流子有效分离的目标,同时保留了异质结催化剂体系中较强氧化能力和较强还原能力的光生电子和空穴,进而实现光催化活性的提高.本文采用水热合成方法,将具有更强还原能力和可见光响应特性的半导体(ZnIn₂S₄)原位生长在TiO₂纳米纤维表面,构建了1D/2DTiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂.最优比例的TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料表现出优越的光催化制氢活性(6.03mmol/h/g),分别是纯TiO₂和纯ZnIn₂S₄制氢活性的3.7倍和2倍.TiO₂/ZnIn₂S₄复合材料光催化活性的提高可以归因于紧密的异质结界面、光生载流子的有效分离、丰富的反应活性位点以及增强的光吸收能力.通过原位XPS和DFT计算研究了异质结内部光生电子的转移机制.结果表明,在光照条件下电子由TiO₂向ZnIn₂S₄迁移,遵循了S型异质结内部电子的转移机制,实现了TiO₂和ZnIn₂S₄内部光生载流子的有效分离,同时保留了具有较强还原能力的ZnIn₂S₄价带电子和较强氧化能力的TiO₂导带空穴,从而显著提升光催化制氢效率.综上,本文制备的TiO₂/ZnIn₂S₄S型异质结光催化剂很好地克服了TiO₂在光催化制氢领域所面临的诸多障碍,为设计和制备高效异质结光催化剂提供了新的思路.     

Ti和乳酸共改性α-Fe2O3光阳极光电化学性能研究

采用一步水热后在氮气中进行热处理的方法制备了Ti和乳酸共改性的纳米花状α-Fe₂O₃光阳极。对样品分别进行了X射线衍射、扫描电镜、X射线光电子能谱、紫外-可见吸收光谱和光电化学性能测试。与乳酸改性的纳米片状α-Fe₂O₃光阳极相比,最优的Ti与乳酸共改性样品0.075LA-Fe2O3-0.75Ti光阳极的光电流密度从0.55mA·cm^-2提高到1.39mA·cm^-2。Ti改性明显减少了0.075LA-Fe₂O₃膜的表面态,增加了表面载流子注入效率;同时Ti的掺入也增加了电极体内载流子浓度,增强了体内载流子的传输效率。     

3D ZnIn2S4微球/1D TiO2纳米带异质结构的光催化降解和还原性能

首先采用溶剂热法和高温煅烧法制备1D TiO₂纳米带,其次利用溶剂热法将1D TiO₂纳米带均匀地穿插到片层结构组装而成的3D ZnIn₂S₄微球中,所形成的异质结构能有效抑制光生电子-空穴的复合。二元ZnIn₂S₄微球/TiO₂纳米带复合光催化剂在高浓度染料罗丹明B(RhB)的光降解和Cr(VI)的光还原实验中表现出优异的性能。在模拟太阳光照射下,ZnIn₂S₄/TiO₂纳米带光催化降解RhB和还原Cr(VI)的效率相较于纯TiO₂颗粒(10%,22%)、TiO₂纳米带(45%,40%)、ZnIn₂S₄(62%,65%)、ZnIn₂S₄/TiO₂颗粒(90%,91%)分别提高至100%和100%。最后,通过紫外-可见...     

MnO2/H-TiO2纳米异质阵列的调控制备及超电容特性

采用目标调控的阳极氧化工艺制备了超大比表面、管与管相互分离的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ NTAs）基体,进而分别采用电化学氢化法和循环浸渍沉积法对晶化退火后的TiO₂ NTAs实施电化学氢化和高比电容MnO₂沉积的双重功能化改性,调控构筑了一种新型MnO₂/H-TiO₂纳米异质阵列电极材料。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、高分辨透射电子显微镜（TRTEM）、X射线衍射仪（XRD）、X光电子能谱仪（XPS）、拉曼光谱（Raman）和电化学工作站等对样品进行综合表征与超电容特性测试,结果表明：电化学氢化改性有效提高了H-TiO₂ NTAs的导电性和电化学特性,当电流密度为0.2 mA·cm^-2时H-TiO₂ NTAs的面积电容达到7.5 mF·cm^-2,是相同电流密度下TiO₂ NTAs的75倍;经过2个浸渍循环所获得的MnO₂/H-TiO₂ NTAs-2样品在电流密度为3 mA·mg^-1时比电容可达481.26 F·g^-1,电流密度为5 mA·mg^-1时循环充放电1000圈后比电容仅下降约11%。     

CeO2改性Ag-V2O5/TiO2催化剂的甲基吡啶氧化脱甲基性能

以锐钛矿TiO_2为载体,考察了CeO_2改性对Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2催化3-甲基吡啶氧化脱甲基性能的影响,并优化了催化剂组成与制备条件.结果表明:Ce掺杂改性不仅能够与V物种作用形成Ce VO_4,而且促进V_2O_5分散,改善活性组分的氧化还原性能,从而提高3-甲基吡啶脱甲基转化率与选择性,改善Ag-V_2O_5/TiO_2催化性能.适宜的催化剂组成为V_2O_5负载量15%,Ce/V的摩尔比0.33,Ag质量分数1.0%.过高的焙烧温度将导致TiO_2载体向金红石型转变,Ag-CeO_2-V_2O_5/TiO_2适宜制备条件为450℃焙烧4 h.     

TiO2/SnO2复合光催化剂的耦合效应

采用改进的sol gel技术制备TiO2/SnO2耦合型半导体光催化剂,利用XRD、气相色谱 仪、粒度仪和表面光电压装置等研究了耦合型半导体光催化机理和光催化效率的影响因素, 并通过降解甲醛探讨其在空气污染治理中的作用.实验结果表明,添加20 ％(mol) SnO2的复 合半导体光催化剂,其光催化效率比纯TiO2高一倍以上.据实验结果和粒子紧密堆积原理,提 出强耦合效应和弱耦合效应的光催化反应模型,并用此模型较好地解释了TiO2/SnO2复合型半 导体光催化剂的光催化效率随SnO2含量变化规律.     

Conversion of NO in NO/N2, NO/O2/N2, NO/C2H4/N2 and NO/C2H4/O2/N2 Systems by Dielectric Barrier Discharge Plasmas

An experimental study on the conversion of NO in the NO/N₂, NO/O₂/N₂, NO/C₂H₄/N₂ and NO/C₂H₄/O₂/N₂ systems has been carried out using dielectric barrier discharge (DBD) plasmas at atmospheric pressure. In the NO/N₂ system, NO decomposition to N₂ and O₂ is the dominating reaction; NO conversion to NO₂ is less significant. O₂ produced from NO decomposition was detected by an on-line mass spectrometer. With the increase of NO initial concentration, the concentration of O₂ produced decreases at 298 K, but slightly increases at 523 K. In the NO/O₂/N₂ system, NO is mainly oxidized to NO₂, but NO conversion becomes very low at 523 K and over 1.6% of O₂. In the NO/C₂H₄/N₂ system, NO is reduced to N₂ with about the same NO conversion as that in the NO/N₂ system but without NO₂ formation. In the NO/C₂H₄/O₂/N₂ system, the oxidation of NO to NO₂ is dramatically promoted. At 523 K, with the increase of the energy density, NO conversion increases rapidly first, and then almost stabilizes at 93–91% of NO conversion with 61–55% of NO₂ selectivity in the energy density range of 317–550 J L⁻¹. It finally decreases gradually at high energy density. A negligible amount of N₂O is formed in the above four systems. Of the four systems studied, NO conversion and NO₂ selectivity of the NO/C₂H₄/O₂/N₂ system are the highest, and NO/O₂/C₂H₄/N₂ system has the lowest electrical energy consumption per NO molecule converted.     

Li2O-TiO2-SiO2-P2O5和Li2O-TiO2-Al2O3-P2O5体系锂离子固体电解质的制备及性能研究

一些具有NASICON型网格结构的固体电解质具有高的电导率和好的稳定性,NASICON的意思是Na Super Ionic Conductor[1]。当NaZr2(PO4)3中P5 被Si4 部分取代时便可以得到具有NASICON结构的Na1 xZr2SixP3-xO12体系,其具有高的钠离子电导率。然而有相同结构的Li1 xZr2SixP3-xO12体系的离子电导率却很低,这是因为Li 半径太小,而NASICON三维网格结构的离子通道太大,两者不匹配而使电导率下降[2]。但当LiZr2(PO4)3中Zr4 被离子半径小些的Ti4 取代,所得LiTi2(PO4)3的通道就与Li 半径相匹配,适合于锂离子的迁移,从而使其电导率…     

Energetics of copper diphosphates – Cu2P2O7 and Cu3(P2O6OH)2

Differential scanning calorimetry and high temperature oxide melt solution calorimetry are used to study enthalpy of phase transition and enthalpies of formation of Cu₂P₂O₇ and Cu₃(P₂O₆OH)₂. α-Cu₂P₂O₇ is reversibly transformed to β-Cu₂P₂O₇ at 338–363 K with an enthalpy of phase transition of 0.15 ± 0.03 kJ mol⁻¹. Enthalpies of formation from oxides of α-Cu₂P₂O₇ and Cu₃(P₂O₆OH)₂ are −279.0 ± 1.4 kJ mol⁻¹ and −538.8 ± 2.7 kJ mol⁻¹, and their standard enthalpies of formation (enthalpy of formation from elements) are −2096.1 ± 4.3 kJ mol⁻¹ and −4302.7 ± 6.7 kJ mol⁻¹, respectively. The presence of hydrogen in diphosphate groups changes the geometry of Cu(II) and decreases acid–base interaction between oxide components in Cu₃(P₂O₆OH)₂, thus decreasing its thermodynamic stability.     

Cr2(WO4)3和Cr2(MoO4)3的负热膨胀特性研究

用液相反应-前驱物烧结法制备了Cr₂(WO₄)₃和Cr₂(MoO₄)₃粉体。298～1 073 K的原位粉末X射线衍射数据表明Cr₂(WO₄)₃和Cr₂(MoO₄)₃的晶胞体积随温度的升高而增大, 本征线热膨胀系数分别为(1.274±0.003)×10^-6 K^-1和(1.612±0.003)×10^-6 K^-1。用热膨胀仪研究了Cr₂(WO₄)₃和Cr₂(MoO₄)₃在静态空气中298～1 073 K范围内热膨胀行为，即开始表现为正热膨胀，随后在相转变点达到最大值，最后表现为负热膨胀，其负热膨胀系数分别为(-7.033±0.014)×10^-6 K^-1和(-9.282±0.019)×10^-6 K^-1。     

g-C3N4/Bi2O2CO32D纳米片复合材料的制备及可见光催化性能研究

采用自组装和化学沉淀法分别制得两种可见光驱动复合材料石墨相氮化碳/碳酸氧铋(g-C_3N_4/Bi_2O_2CO_3).采用X射线衍射光谱(XRD),紫外可见光谱、扫描电镜(SEM)、N_2吸附、电化学阻抗谱(EIS)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对制备的催化剂进行了表征.结果表明,制备方法对纳米复合材料的晶相、形态及光学性能没有影响,但是影响g-C_3N_4和Bi_2O_2CO_3之间的相互作用力,导致光生电子-空穴对的分离速率存在显著差异.以可见光驱动苯酚和罗丹明B的降解实验为探针反应检测催化剂的光催化性能.实验结果表明自组装法得到的异质结催化剂中相互作用力更强,催化效果最高.O_2-是罗丹明B降解反应的主要活性物种,染料的光敏化、Bi_2O_2CO_3与g-C_3N_4综合效应,导致光生载流子电荷分离效率更高.     

EuZn2Si2 and EuZn2Ge2 Grown from Zn or Ga(ln)/Zn Flux

Single crystals of the novel ternary compounds EuZn₂Si₂ and EuZn₂Ge₂ were grown from pure gallium, indium, or zinc metal used as a flux solvent. Crystal properties were characterized using X-ray single-crystal analyses via Gandolfi and Weissenberg film techniques and by four-circle X-ray single-crystal diffractometry. The new compounds crystallize with ternary derivative structures of BaAl₄, i.e., EuZn₂Si₂ with ThCr₂Si₂-type (a=0.42607(2) nm, c=1.03956(5) nm, I4/mmm, R₁=0.038) and EuZn₂Ge₂ with CaBe₂Ge₂-type (a=0.43095(2) nm, c=1.07926(6) nm, P4/nmm, R₁=0.067). XAS and magnetic measurements on EuZn₂Si₂ and EuZn₂Ge₂ revealed in both compounds the presence of Eu²⁺ ions carrying large magnetic moments, which order magnetically at low temperatures. The magnetic phase transition occurs at T_N=16 and 7.5 K for the silicide and the germanide, respectively. In EuZn₂Si₂ there occurs a spin reorientation at 13 K and furthermore some canting of antiferromagnetically ordered moments below about 10 K. In EuZn₂Ge₂ a canted antiferromagnetic structure is formed just at T_N.     

Mn-Na2WO4/SiO2催化剂表面活性中心结构的DFT研究

Mn Na2WO4/SiO2 is one of the best catalysts for oxidative coupling of methane.To investigate the nature of active centers and the reaction mechanism,the structure of possible metal sites formed by tungsten and manganese over the silica surface were studied using molecular simulation method and ab initio DFT calculations.Silica support exists in the catalyst as 岐瞔ristobalite and its (111) face exposes preferentially to the surface.The calculated results show that tungsten interacts with the silica surface by three or one bridge oxygen atoms to form tetrahedral [WO4],and manganese interacts with single bridge oxygen to form dispersed [MnO4] or exists as oxide clusters.The nature of the molecular orbitals and the electronic structure suggest that the tetrahedral [WO4] site with single bridge oxygen is the most probable active center responsible for methane activation.     

Preparation of ZrO2-TiO2-CeO2 and Its Application in the Selective Catalytic Reduction of NO with NH3

TiO₂,ZrO₂-TiO₂,andZrO₂-TiO₂-CeO₂ were prepared by co-precipitation method and characterized by X-ray diffraction (XRD), specific surface area measurements (BET), temperature programmed desorption (NH₃-TPD), oxygen storage capacity (OSC), and temperature programmed reduction (H₂-TPR). The results showed that ZrO₂-TiO₂-CeO₂ exhibited large number of surface strong acid, possessed some oxygen storage capacity, and strong redox property. The three materials were used as supports and the monolith catalysts were prepared with 1% (w) V₂O₅ and 9% (w)WO₃ for selective catalytic reduction (SCR) of NO with ammonia in the presence of excessive O₂, and the results of catalytic activity showed that the catalyst used ZrO₂-TiO₂-CeO₂ as support yielded nearly 100% NO conversion at 275 °C at a gas hourly space velocity (GHSV) of 10000 h⁻¹, and it had the best catalytic activity and showed great potential for practical application.