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%。     

高度分散的Pt/TiO2的制备及光催化活性

用柠檬酸作为空穴捕获剂和分散剂, 在温和条件下用光催化还原法将3 nm金属铂沉积在7 nm的锐钛矿相及介孔二氧化钛纳米晶表面. TEM观察显示铂的负载量为w＝1.0%时, 多数二氧化钛纳米晶表面沉积了岛状的铂团簇, XPS和电子衍射结果表明铂以游离态存在. 负载w＝1.0%～2.0%铂的TiO₂在苯酚光氧化反应中活性显著提高. Pt/TiO₂在氨气中经550 ℃氮化, 可制得氮掺杂的Pt/TiO₂可见光光催化剂, 氮化过程中铂团簇没有烧结和显著长大.     

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.     

铂修饰的稀土掺杂TiO2的光催化制氢活性

采用溶胶-凝胶浸渍法和光沉积法制备了系列Pt/RE/TiO₂纳米光催化剂, 通过XRD和电化学等手段进行了表征. 以甲醛为电子给体, 考察了光催化剂在紫外光照射下的制氢活性. 稀土掺杂提高了Pt/TiO₂光催化制氢活性, 其顺序分别为La/TiO₂＞Sm/TiO₂＞Eu/TiO₂＞Dy/TiO₂＞Er/TiO₂. 掺入稀土元素后, 阻止了TiO₂从锐钛矿晶型向金红石晶型的转变, 这是光催化剂活性提高的原因之一. 计算晶格畸变应力e数据表明, Ti^4＋可能反掺入了表面稀土氧化物的晶格中. 电化学实验表明稀土掺杂TiO₂的平带电位负移, 其原因可解释为晶格畸变促使费米能级升高, 导致催化剂导带的平带电位负移, 因此导带上被激发电子具有更强的还原能力, 从而有利于光催化制氢活性的提高.     

乙二醛在Ti/纳米TiO2-Pt修饰电极上的电催化氧化

采用溶胶-凝胶和电沉积法制备Ti基纳米TiO2-Pt(Ti/纳米TiO2-Pt)修饰电极. X射线衍射(XRD)表明纳米TiO2为锐钛矿型, 扫描电镜(SEM)显示Pt纳米粒子在纳米TiO2多孔膜的表面呈现簇分散状态, 平均粒径约25 nm. 通过循环伏安(CV)和计时电流法研究了Ti/纳米TiO2-Pt修饰电极对乙二醛直接电氧化的电催化活性, 结果表明, 修饰电极对乙二醛的直接电氧化呈现良好的催化活性, 在0.60和1.23 V(vs SCE)出现两个氧化峰, 二者电流密度分别为16 和42 mA·cm-2, 约为纯Pt电极的2倍和1.5倍, 反应过程受浓差扩散控制.     

纳米TiO2-Pt修饰电极的制备及电催化活性

采用电化学合成前驱体直接水解法和电沉积法制备高活性纳米TiO2-Pt修饰电极，并使用扫描电子显微镜(SEM)对电极的表面形貌和结构进行了表征; 通过循环伏安法研究了纳米TiO2-Pt修饰电极在H2SO4溶液中的电化学行为以及对Mn2＋氧化为Mn3＋的电催化活性. 结果表明,纳米TiO2的晶粒大小约30 nm,修饰在纳米TiO2膜表面的Pt微粒呈现单分散状态,平均粒径约60 nm,纳米TiO2-Pt修饰电极的电化学性能优于纯Pt电极,对Mn2＋的电氧化具有高催化活性,非均相无隔膜电解氧化Mn2＋生成Mn3＋平均电流效率可达86％.     

Ti/nanoTiO_2-Pt阳极和Ti/nanoTiO_2阴极成对电合成葡萄糖酸锌和丁二酸

使用新颖的纳米结构电极成对电合成葡萄糖酸锌和丁二酸.采用溶胶-凝胶法制备Ti基纳米TiO2(Ti/nanoTiO2)电极,同时采用电沉积法制备Ti基纳米TiO2-Pt(Ti/nanoTiO2-Pt)修饰电极.通过循环伏安研究发现,Ti/nanoTiO2-Pt电极对葡萄糖氧化及Ti/nanoTiO2电极对马来酸还原均具有高催化活性.以Ti/nanoTiO2-Pt电极为阳极、Ti/nanoTiO2电极为阴极,通过正交实验得到成对电合成葡萄糖酸锌和丁二酸的优化条件为:阳极和阴极电流密度分别为1.2A·dm-2和3.0A·dm-2,阳极液为0.4mol·L-1葡萄糖+0.6mol·L-1NaBr,阴极液为0.6mol·L-1马来酸+0.2mol·L-1NaCl,温度50℃.成对电合成的总电流效率达到170%.     

离子液体中CNT/nanoTiO_2-Pt膜电极电催化氧化葡萄糖

循环伏安法研究葡萄糖在离子液体[EMI]BF4中于碳纳米管/纳米TiO2膜载Pt(CNT/nanoTiO2-Pt)复合膜电极上的电催化氧化.结果表明,CNT/nanoTiO2-Pt电极对葡萄糖氧化具有高催化活性,氧化电位为-0.46V;在组成为离子液体与水的体积比为3∶1的电解液中,葡萄糖的氧化效果最好.电极反应过程受浓差极化控制.     

Tracking thermally-activated transformations in a nanostructured metal/oxide/metal system

We present experimental and theoretical evidence of sequential redox processes and structural transformations occurring by increasing temperature in a metal/oxide/metal system obtained via deposition of Fe atoms onto a z'-TiO(1.25)/Pt(111) ultrathin film in UHV. The initial reduction of the z'-TiO(x) phase by Fe at room temperature is followed by Fe diffusion and partial penetration into the substrate at intermediate temperatures. This triggers the formation of a bi-component material in which mixed FeO/TiO(2) nanoislands coexist on a h-TiO(1.14) ultrathin film, notably restructured (from rectangular to hexagonal) and reduced (from Ti : O = 1 : 1.25 to 1 : 1.14) with respect to the original TiO(1.25) phase. Further heating recovers the pristine z'-TiO(x) phase while Fe completely dissolves into the substrate.     

间接电氧化法合成甘油醛

通过电化学合成前驱体和溶胶-凝胶法在Ti表面修饰一层纳米TiO2膜,在纳米Ti02膜上电沉积分散的Pt微粒制成钛基纳米TiO2-Pt(Ti/nano-TiO2-pt)修饰电极。采用循环伏安法、间接电氧化法研究了纳米Ti02-Pt修饰电极的电催化活性以及Mn^3 ／Mn^2 媒质氧化甘油为甘油醛的过程。结果表明,纳米Ti02-Pt修饰电极对Mn^2 的电氧化具有高催化活性,电流效率可达90％以上,非均相电解得到的Mn^3 可一步氧化甘油为甘油醛,收率为91％。     

纳米TiO2-Pt修饰电极的制备及其电催化活性

循环伏安;纳米TiO2-Pt修饰电极的制备及其电催化活性     

Application of TiO2-nanotubes/PbO2 as an anode for the electrochemical elimination of Acid Red 1 dye

Journal of Solid State Electrochemistry - In this study, galvanostatic electrolysis, through the use of the platinum supported on Ti (Ti/Pt) and Ti/TiO2-nanotubes/PbO2 anodes, was conducted in an...     

铂非均匀掺杂二氧化钛薄膜的光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了铂非均匀掺杂的二氧化钛薄膜, 并用UV-vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学行为, 通过对甲基橙的光催化降解动力学来表征催化剂的光催化活性. 结果表明 Pt非均匀掺杂可以明显增强二氧化钛的光催化活性, 而均匀掺杂的效果较差; Pt非均匀掺杂的最佳量为0.3 mol%. 催化剂薄膜的电化学行为显示: Pt非均匀掺杂二氧化钛薄膜的开路电压高, 交流阻抗小. 并从半导体的PN结原理探讨了Pt非均匀掺杂二氧化钛的催化活性机理.     

STS study of TiO2 film and Pt-deposited TiO2 film in air

Direct investigation of the electronic structure of catalyst surfaces on the near-atomic scale in general has not been impossible in the past. However, with the advent of the scanning tunneling microscope (STM), the opportunity arises for incorporating the scanning tunneling spectroscopy (STS) for correlation in-situ surface electronic structure with topography on a sub-nanometer scale. In this paper, we report the STS results of thin film TiO2 and Pt-deposited TiO2 annealed at 450℃. It was found that the TiO2 semiconductor changes from n-type to p-type after Pt deposition.Fig. 1 shows the surface electronic property (Ⅰ-Ⅴ curve) of thin TiO2 film measured in air by STS. A steep descent of the anodic tunneling current at ca.- 1.0 Ⅴ and a rapid ascent of cathodic tunneling current at ca. +2.0V. The zero bias represents the Fermi level (Ef). Ef is situated at the Ecb side indicating that the thin TiO2 film possesses the same band gap as that of bulk TiO2 phase ( Egs =3.0 to 3.2 eV). For the sample of Pt-deposited TiO2 film, Pt/(Pt+Ti+O) atomic ratio≈0.2, which indicates that the surface of TiO2 film is partly covered by Pt particles, and there are two types of Ⅰ-Ⅴ curves to be detected. One of them (Fig.2a)is attributed to the electronic property of TiO2, which has same Egs as that shown in Fig. 1. However, the Ef is transferred to valence side (△≈1eV). This phenomenon hints that TiO2 is doped by an impurity which can introduce h+ into TiO2 lattice.Such a type of defects may be described by Ti1-xPtxO2(h )2x, here Pt+2 as a substitutional site of Ti+4. Fig.2b is the Ⅰ-Ⅴ curve of a Pt particle situated on a TiO2 particle contained Ti1-xPtxO2(h )2x.