复合方式对MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜光电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同复合方式的系列多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes.MWCNTs)/TiO2纳米复合薄膜电极.通过SEM表征了薄膜的表而形貌,并测定了MWCNTs引人前后对TiO2晶型结构和光吸收性能的影响以及不同复合方式的纳米复合薄膜的光电化学特性.结果表明,MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜表面形成无序多孔的形貌,其光谱吸收边可拓展到可见光区;MWCNTs底层分布的纳米复合薄膜比纯TiO2表现出更好的光电活性,而MWCNTs在表层分布及均匀分布的纳米复合薄膜的光电活性相对较差.依据载流子分离原理探讨了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响,底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜由于MWCNTs有效地收集传递电子并阻止载流子的复合从而提高了光电化学活性.     

TiO2修饰的镍基光电极的制备及光电化学性能

通过溶胶 凝胶法，直接在导电的金属镍基上制备多孔TiO2纳米薄膜，利用STM观察电极的表面形貌，所制TiO2粒径约为20～80 nm，随着烧结温度的升高，TiO2纳米薄膜表面孔的数量增多、孔径增大.用循环伏安法分析了电极的光电化学性能，结果表明，电极的光电响应随烧结温度的升高和薄膜厚度的增加而增大.     

染料在纳米TiO2薄膜表面吸附性能的研究

采用溶胶－凝胶法制备纳米TiO2薄膜，并通过吸附染料形成染料／TiO2复合薄膜。分析了染料与TiO2薄膜的相互关系，利用紫外可见、比表面等技术研究染料在纳米TiO2薄膜表面的吸附性能，并计算出TiO2薄膜对染料的最大吸附率。研究表明，染料溶液浓度、温度以及TiO2薄膜浸泡时间对染料吸附量有着显著的影响，染料的吸附性能直接影响着太阳能电池的光电转换效率。     

菁类染料敏化的固态纳米TiO2光电化学电池

染料敏化TiO2光电化学电池具有较高的能量转换效率,价格仅为传统单晶硅太阳能电池的1／10,成为半导体光电化学领域的研究热点^[1-4]。但该类电池内的电解液可流动,造成电池密封困难,限制其实用化。针对这一问题,采用无机p-型半导体材料^[5,6]和高分子导体等电解液替代物组装固态光电化学电池成为该领域的新的研究方向^[7-9]。我们^[10]用凝胶网络高分子电解质组装成固态电池,取得了令人满意的结果。电池中原使用的敏化剂是顺二硫氰根－双（2,2′－联吡啶－4,4′－二羧酸）合钌（Ⅱ）(cis-bis)(thiocyanato)bis(2,2′-bipyridyl-4,4′-dicarboxylate)ruthenium(Ⅱ）,其价格昂贵,合成路线复杂。本文用自合成的、价格低廉的纯有机不对称菁类染料（Cyanine dye,以下简称为CD）敏化TiO2电极和基于聚氧乙烯（PEO）的凝胶网络高分子电解质组装成固态电池,并研究了所得固态电池的光电转换性能。     

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%.     

TiO_2纳米管双室光电化学池光催化制氢的研究

以阳极氧化法在纯钛表面制备了高度有序的Ti O2纳米管阵列,并通过SEM观察其表面形貌。采用双室光电化学池制氢体系,利用太阳光照Ti O2产生的光电压与双室电解液p H差产生的化学偏压的协同效应,不施加外加电压,可直接在阴极室还原制取氢气。通过在碱性电解液中添加乙二醇为电子给体,将光解水制氢与有机物的降解耦合为一体,提高太阳能的利用率,同时考察了阳极室电解液中添加不同含量乙二醇对Ti O2纳米管光阳级的光电化学性能及产氢量的影响。实验结果表明,乙二醇的添加降低了光生电子-空穴对的复合几率,使Ti O2纳米管的光电流、光电压、产氢量得到显著提高。当添加乙二醇的浓度为10vol%时光电流达到13.7 m A·cm-2,无外加电压条件下,双室光电化学池中的产氢速率最高达到3.8μmol·min-1·cm-2。     

基于Fe∶TiO2纳米片的光电化学传感器用于水中Cr6+的检测

建立了一种基于Fe∶TiO_2纳米片的光电化学(Photoelectrochemical,PEC)传感器检测Cr~(6+)的简单有效新方法。以钛酸四丁酯和三氟化铁为原料采用水热法合成Fe∶TiO_2纳米片,通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和紫外可见吸收光谱(UV-Vis)对纳米片进行表征,采用电化学方法对修饰电极进行表征,考察了Fe掺杂量、Fe∶TiO_2浓度和偏置电压的影响。该传感器在光照射下,利用Fe∶TiO_2将Cr~(6+)还原为Cr~(3+),Cr~(3+)与OH~-反应生成Cr(OH)_3后沉积在电极表面,从而引起光电流的降低,达到检测的目的。研究表明,该传感器检测Cr~(6+)的线性范围为0.008～100μmol/L(r~2=0.999 5),检出限(S/N=3)为0.004μmol/L。方法具有良好的抗干扰性和稳定性,其加标回收率为99.3%～119%,RSD为2.3%～2.8%。表明该光电化学传感器可用于实际样品的检测。     

ZnO/TiO2纳米管复合材料的制备及光电化学性能研究

采用电化学阳极氧化法制备TiO2纳米管,然后用光化学沉积法在TiO2纳米管表面沉积ZnO纳米颗粒制备ZnO/TiO2纳米复合材料。对样品进行了Raman谱、XRD和SEM表征,通过测定光电流-时间(I-t)和开路电压-时间(OCPT)曲线对ZnO/TiO2纳米复合材料的光电化学性能进行研究。结果表明,沉积ZnO没有改变TiO2的相结构;复合ZnO提高了TiO2的光电性能;在Zn(NO3)2浓度为10-3 mol.L-1的条件下制得的ZnO/TiO2纳米复合材料具有较好的光电性能。     

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。     

两种菁类染料复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学研究

应用光电化学方法研究了两种菁类染料Cy3和Cy5复合敏化TiO2纳米晶电极的光电化学行为. 结合两种染料的紫外-可见光谱和循环伏安曲线, 确定了Cy3和Cy5的电子基态和激发态能级位置. 结果表明两种染料的激发态能级位置能与TiO2纳米粒子导带边位置相匹配, 复合敏化可以显著提高TiO2纳米晶的光电流, 使TiO2纳米晶电极吸收波长由紫外光区红移至可见光区和近红外区. 复合敏化降低了染料Cy3在电极吸附时的聚集程度, 使其单色光的转换效率(IPCE)提高了169%, 复合敏化电极总的光电转换效率η为2.09%, 分别是Cy3和Cy5单独敏化时光电转换效率的2.069和1.229倍.     

具可见光活性的氮掺杂二氧化钛光催化剂

以氮掺杂为代表的非金属掺杂型TiO₂光催化剂被誉为“第二代光催化材料”。本文首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法,然后详细阐述了在N掺杂TiO₂研究中关于其可见光活性机制以及掺杂N在TiO₂晶格中的存在状态等方面的争议。N掺杂TiO₂粉末的制备方法主要有氨气气氛下的热处理工艺、水解沉淀法、溶胶－凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO₂薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。已提出的关于N掺杂TiO₂可见光活性机制的观点有N2P与O2P能级相杂化、形成N 2p孤立能态、氧空位的作用以及具顺磁性特征的杂质敏化。关于掺杂N在TiO₂晶格中存在状态的分歧在于XPS N 1s谱中特征峰的位置及其归属的解析。文章最后指出了氮掺杂二氧化钛催化剂研究中有待解决的问题及今后的发展方向。     

导电聚苯胺与磁性CoFe2O4纳米复合物的合成及其电磁性能

在利用HNO3处理CoFe2O4磁性纳米粒子使其表面离子化、分散性得到改善的基础上, 采用苯胺在其表面原位聚合, 制备了具有电磁功能的聚苯胺(PANI)/CoFe2O4纳米复合物. 借助TEM、XRD、FT-IR、四探针电导率仪和VSM(振动样品磁强计)等分析手段研究了复合物的形貌、结构及其电磁性能. 结果表明, CoFe2O4以25 nm左右的粒子分散于聚苯胺基体中, 被其完全包覆, CoFe2O4与PANI之间存在化学键合作用; 复合物同时具有电性能和磁性能, 其导电率随CoFe2O4含量增加而降低, 饱和磁化强度随之升高, 而矫顽力在所研究的范围内则先增大而后又减小, 且均高于CoFe2O4的矫顽力.     

Effects of Metal Oxide Modifications on Photoelectrochemical Properties of Mesoporous TiO2 Nanoparticles Electrodes for Dye-Sensitized Solar Cells

Mesoporous TiO₂ (m-TiO₂) nanoparticles were used to prepare the porous film electrodes for dye-sensitized solar cells, and a second metal oxide (MgO, ZnO, Al₂O₃, or NiO) modifi-cation was carried out by dipping the m-TiO₂ electrode into their respective nitrate solution followed by annealing at 500 oC. Experimental results indicated that the above second metal oxide modifications on m-TiO₂ electrode are shown in all cases to act as barrier layer for the interfacial charge transfer processes, but film electron transport and interfacial charge recombination characteristics under applied bias voltage were dependent significantly on the existing states and kinds of these second metal oxides. Those changes based on sec-ond metal oxide modifications showed good correlation with the current-voltage analyses of dye-sensitized solar cell, and all modifications were found to increase the open-circuit photo-voltage in various degrees, while the MgO, ZnO, and NiO modifications result in 23%, 13%, and 6% improvement in cell conversion efficiency, respectively. The above observations indi-cate that controlling the charge transport and recombination is very important to improve the photovoltaic performance of TiO₂-based solar cell.     

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.     

无支持膜法TiO2纳米管透射电镜观察

用透射电镜观察纳米量级的样品,通常要承载在具有支持膜的铜风上观察,铜网上制膜虽然有多种方法,但者需要有一定的过程,经过实践,我们采取无支持膜法用铜网直接捞取TiO2纳米管样品,在诱射电镜下观察获得了比较满意的结果。     

阳极氧化TiN薄膜制备N掺杂纳米TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过电泳沉积(EPD)的方法在Ti片表面制备TiN薄膜, 然后对TiN薄膜进行阳极氧化得到N掺杂多孔纳米结构的TiO2薄膜. 利用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM)及光电化学方法对得到的薄膜进行表征. XRD测试结果表明, 经过阳极氧化并在350 ℃空气气氛中退火1 h的薄膜中存在锐钛矿晶型的TiO2. XPS的结果表明, 样品中的N元素取代部分O, 且N的摩尔分数为0.95%. SEM显示, 经阳极氧化后薄膜表面出现多孔纳米结构. 光电化学测试结果显示, 阳极氧化提高了N掺杂TiO2薄膜在可见光下的光电响应. 经阳极氧化并热处理的薄膜在0 V电位及可见光照射下光电流密度为2.325 μA·cm-2, 而单纯热处理的薄膜在相同条件下光电流密度仅为0.475 μA·cm-2. 阳极氧化得到纳米多孔结构提高了N掺杂纳米TiO2薄膜的表面积, 从而对可见光的响应增大.