TiO_2纳米管阵列的制备及其光催化性能研究

采用阳极氧化法在钛箔上制备了TiO_2纳米管阵列,利用场发射扫描电子显微镜(FSEM)、X射线衍射仪(XRD)和紫外-可见分光光度计对TiO_2纳米管的形貌、结构和光学性能进行表征,详细考察了阳极氧化工艺参数对纳米管阵列形貌的影响,探讨了氧化钛纳米管阵列的形成机理,并对其光催化活性进行了测试,研究结果表明:在0.5 wt; HF和1 mol/L H3PO_4电解液中,控制氧化电压为20 V,反应60 min后,在钛箔表面可获得垂直导向的TiO_2纳米管阵列,管内径为60~80 nm,管壁厚约10 nm;600 ℃热处理后的TiO_2纳米管阵列薄膜对349.7 nm近紫外光和443.9 nm可见光有较强的吸收能力;煅烧温度对纳米管的晶型结构和光催化活性有显著影响.     

钛酸锶钡纳米管阵列薄膜的水热合成及其性能研究

以阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列为模板,结合水热法制备了钛酸锶钡纳米管阵列薄膜.讨论了Ba1-xSrxTiO3纳米管阵列薄膜的结构、形貌和电学性能.用X射线衍射仪表征其晶体结构;扫描电子显微镜观察其表面及断口形貌;以及用宽频介电阻抗谱仪测试其介电性能.结果表明:在较为温和的条件下用水热法制备了立方相及四方相的Ba1-xSrxTiO3纳米管阵列薄膜;纳米管孔径在65～ 80 nm之间,薄膜厚度可达10 μm以上;经热处理之后的薄膜样品在1 kHz介电常数可达338,介电损耗为0.46.     

阳极氧化法在钛网上制备TiO2纳米管阵列的研究

以NH4F的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛网表面制备了有序TiO2纳米管阵列.通过XRD、SEM等对TiO2纳米管阵列的结构、形貌进行表征,利用紫外-可见分光光度计对所制备样品的紫外可见吸收特性进行了表征.结果表明:在一定时间范围内,随着氧化时间的增加,纳米管管长和管径都会增大,但超过一定时间后,纳米管破损明显加剧且有脱落现象.另外,所制备样品的光学禁带(Eopt)比块状样品的大,但随着氧化时间的延长,纳米管的光学禁带并没有发生显著变化.不同时间下制备的纳米管对可见光的吸收率不一样.     

退火温度对二氧化钛纳米管阵列亲水性的影响

采用电化学阳极氧化法,以含有0.25wt; NH4 F和2 mL H2 O的乙二醇溶液作为电解液制备了TiO2纳米管阵列,然后通过不同温度退火比较其形貌、结构、元素组成和亲水性能。实验表明,600℃以下温度退火基本不会引起TiO2纳米管阵列的形貌改变,但是600℃退火会使得部分TiO2纳米管坍塌。随着退火温度的升高,TiO2由无定型结构向晶体结构转变,同时接触角减小,亲水性变好。另一方面,F元素也会影响TiO2纳米管阵列的亲水性能,F元素含量越少,亲水性越好。     

搅拌-超声氧化锆纳米管脱色降解甲基橙的研究

采用阳极氧化法在有机溶液中制备氧化锆纳米管,以搅拌-超声方法研究其对甲基橙的脱色降解性能.实验采用不同pH值的甲基橙溶液,发现氧化锆纳米管对较强酸性的甲基橙溶液有较理想的脱色降解效果.对比氧化锆粉体、纳米管未退火、退火后(600℃)三种材料,退火后的氧化锆纳米管的脱色降解性能整体最佳.XRD测试显示退火后氧化锆纳米管阵列呈现单斜和四方相的混合体.通过FTIR测试脱色降解后的氧化锆纳米管阵列,显示材料中已经不存在甲基橙分子结构,对比研究发现醌式结构和偶氮式两种结构下脱色降解机理相同.     

阳极氧化法制备TiO2有序多孔薄膜

采用二次阳极氧化工艺,以含有氟化铵和水的乙二醇体系作为电解液,在纯钛表面制备有序的TiO2多孔薄膜.通过改变预处理方式、电压、氧化时间和搅拌速度等实验参数来探究其对TiO2多孔薄膜形貌的影响.结果表明,抛光后Ti基片制得的TiO2多孔薄膜表面更加平整;TiO2纳米孔的孔径和孔间距随着阳极氧化电压升高在一定范围内线性增大;TiO2纳米孔的孔径随着阳极氧化时间延长增大,孔壁随时间延长减薄,通过控制氧化时间可以实现纳米孔薄膜向纳米管阵列的转变;搅拌速度在400 r/min时,能够获得有序的自组织TiO2多孔薄膜.     

含反位缺陷碳化硅纳米管的电子结构和光学性质

基于第一性原理计算,对含有SiC反位缺陷或CSi反位缺陷碳化硅纳米管的电子结构和光学性质进行了研究.SiC缺陷在纳米管的表面形成了凸起,CSi缺陷在纳米管的表面形成了凹陷;这两种缺陷都导致在纳米管的导带底附近形成了缺陷能级,使得纳米管表现出n型电导;导带顶到杂质能级间的跃迁使得纳米管的光学带隙呈现了减小的趋势.这些结果对碳化硅纳米管电子器件和光学器件的研究都有较重要的参考价值.     

RuO2/TiO2纳米管薄膜的制备及其光电催化性能研究

采用阳极氧化法结合浸渍法在钛金属片基底上制备了TiO2负载RuO2纳米管阵列,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和紫外可见分光光度计对纳米管的形貌、结构和光学性能进行了表征,并研究了RuO2/TiO2纳米管阵列在紫外光和可见光下对亚甲基蓝溶液的光电催化性能.结采表明:RuO2/TiO2纳米管仍保持了纯TiO2纳米管的结构特征,部分Ru进入TiO2晶格代替了Ti的位置形成了固溶体,部分Ru以RuO2纳米粒子形式存在;RuO2/TiO2纳米管的光吸收波长发生了红移,且在整个可见光区均比纯TiO2纳米管光吸收能力强,RuO2/TiO2纳米管光电催化降解亚甲基蓝的4h降解率由纯TiO2纳米管的27;提高到79;;采用该法制备的TiO2纳米管阵列膜回收简单,反复使用20次后光电催化降解能力基本保持不变.     

还原氮化温度对氮化铌纳米管组成、结构与电化学性能影响研究

以铌箔为基底,用阳极氧化法结合氨气还原氮化法制备出氮化铌纳米管,利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和扫描电镜(SEM)等结构表征手段和循环伏安法(CV)、充放电(GCD)和交流阻抗法(EIS)等电化学测试手段研究了还原氮化温度对纳米管的物相、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,还原氮化后出现了氮化铌物相,以氧氮化铌固溶体形式存在,当还原氮化温度为700℃时,氮化铌纳米管阵列结构均匀,纳米管的孔内径约为35 nm,管壁厚度约为12 nm,纳米管长度约为1.5μm,样品中内在阻抗和电荷转移电阻较小,在电流密度为0.1 mA/cm²时,其比电容为400μF/cm²。     

阳极氧化法制备TiO2纳米管及其电池性能研究

采用阳极氧化法制备TiO2纳米管,并将所制备的TiO2纳米管用作染料敏化太阳能电池光阳极.研究了氧化时间,电解质浓度,水含量和表面处理对纳米管及电池性能的影响.结果表明:随氧化时间的增加,纳米管的长度和直径增加.氧化时间为7h时,纳米管的长度和直径分别为550 nm和40nm,当氧化时间为50h,纳米管的长度和直径分别为2.41μm和70肿.电解质NH4F浓度从0.25wt;,0.5wt;增加到1wt;时,纳米管的长度先增后降,直径基本不变,当NH4F浓度为1wt;时,其长度为1.50μm,直径50nm左右,并且纳米管表面部分被腐蚀.水含量为0时纳米管长度1.60μm,直径25nm;当含水1;时纳米管长度1.90 μm,直径50nm;但水含量增加到3;时,其长度却降至973 nm,直径50nm.用长和直径分别为2.60μm和70nm纳米管制备成染料敏化太阳能电池,其光电转化效率为2.45;.     

电解液温度对二氧化钛纳米管阵列结构及光电性能的影响

以氟化铵(NH4F)、乙二醇溶液为电解液,在不同的电解液温度(0～50℃)条件下,采用电化学阳极氧化法制备二氧化钛(TiO2)纳米管阵列.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对TiO2纳米管阵列的形貌、结构和光学性能进行表征.结果表明,电解液温度高于20℃均能制备出纳米管阵列.光照下电解液温度40℃时制备的TiO2纳米管阵列具有最高光电流密度(Iph)0.2408 mA/cm2.以活性艳红X-3B为目标降解物,在室温、紫外光照射条件下考察了电解液温度对光催化活性的影响,结果显示电解液温度40℃时制备的TiO2纳米管阵列具有最高的光催化活性.     

碳热还原法合成氮化硼纳米管

以球磨后的氧化硼和活性碳粉共同作基本原料,加入NaCl和Fe粉填加剂,用简单的碳热还原法, 在1200℃、流动的氨气气氛中成功合成了大量的BN纳米管. 在扫描电镜和透射电镜下观察到纳米管直径均匀, 表面光滑,呈弯曲状,长度达十几个微米.EDS能谱、电子选区衍射和粉末X射线分析表明纳米管为六方相的BN多晶.     

聚吡咯修饰锂钒氧纳米管的制备及其电化学性能研究

以锂钒氧纳米管为载体,利用氧化聚合法制备了聚吡咯修饰锂钒氧纳米管复合纳米材料.形貌和结构分析表明所制备的样品经聚吡咯修饰后仍保持较好的纳米管状结构,管内径约20 nm左右,外径约100 nm左右;电化学性能测试表明经聚吡咯修饰后电极材料在不同倍率下放电比容量均有明显增加,经30次不同倍率循环后,容量保持率由修饰前的42.7;增加到55.8;,电化学性能的改善归因于聚吡咯高的电导率和良好的柔韧性.     

ZnMO(M=Cd,Mg)纳米管发光性能的第一性原理研究

采用热蒸发法制备得到掺Cd量为3.3at%的ZnO纳米管,室温光致发光谱(PL)显示,由于Cd的掺入,ZnCdO纳米管的紫外近带边发射(UV NBE)从纯ZnO的3.26 eV红移到3.20 eV附近。应用基于密度泛函理论研究锯齿型(9,0)ZnMO(M=Cd,Mg)单壁纳米管的电子结构。分析发现Cd掺杂纳米管与薄膜相似,能隙随掺杂量增加逐渐减小,出现红移;而Mg掺杂纳米管则不同,能带变化没有规律性。     

Ag,O共掺实现p型氮化铝纳米管电子结构的第一性原理研究

基于第一性原理的平面波超软赝势法对(6, 0)单壁氮化铝纳米管、Ag掺杂,以及Ag和O共掺纳米管进行了几何结构优化。计算讨论了掺杂前后氮化铝纳米管的能带结构、态密度和差分电荷密度。研究显示:本征氮化铝纳米管、Ag掺杂和Ag-O共掺氮化铝纳米管的带隙分别为2.49 eV、1.84 eV和1.80 eV。掺杂构型仍然保持半导体特性,Ag掺杂氮化铝纳米管的价带顶贯穿费米能级从而形成简并态,实现了氮化铝纳米管的p型掺杂,但Ag-4d态和N-2p态电子轨道间有强烈的杂化效应,Ag的单掺总体上是不稳定的。O掺入后,Ag与O之间的吸引作用克服了Ag原子之间的排斥作用,使Ag在氮化铝纳米管中的掺杂更加稳定;共掺纳米管体系的带隙相较于单掺纳米管体系更加窄化,导电性进一步增强。Ag和O共掺有望成为获得p型氮化铝纳米管的有效方法。     

一维硅纳米材料的光学特性

硅纳米线与硅纳米管是两种重要的一维硅纳米材料,由于具有量子限制效应等性能在光电子器件方面具有潜在的应用前景.总结了近年来硅纳米线在光学特性方面的研究进展,重点介绍了本征硅纳米线、掺杂硅纳米线及硅纳米线阵列的光致发光光谱(PL)的最新进展情况,同时涉及了硅纳米管在PL发射光谱方面的研究结果.并对其发展作了展望     

Li-N共掺ZnO纳米管的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的计算方法,系列的研究了锯齿型(9,0) ZnO单壁纳米管、Li,N分别掺杂以及Li-2N共掺杂的ZnO纳米管的能带结构、总体态密度、分波态密度.分析发现虽然Li原子单独掺杂不会对纳米管能带结构产生明显影响,但是Li-2N共掺杂比N单独掺杂ZnO纳米管的结构更加稳定,而且Li-2N共掺杂ZnO纳米管是p型简并半导体.     

水热合成钛酸盐纳米管的晶型结构及光催化活性

以锐钛矿相为主的氧化钛粉体为原料,在强碱条件下采用水热合成法制备出外径约10nm的钛酸盐纳米管.采用TEM、XRD和EDS对产物进行表征,并对其热稳定性、光催化活性进行测试,研究结果表明:制得的纳米管的结晶程度很低,主要成分为钛酸钠,含少量锐钛矿二氧化钛;煅烧温度对钛酸盐纳米管的晶型结构和光催化活性有显著影响.未煅烧及400℃煅烧的纳米管光催化活性较低, 500℃煅烧后具有较高的光催化活性,但煅烧温度高于600℃后,由于锐钛矿晶体减少,纳米管的光催化活性降低.     

SnO2负载TiO2纳米管的制备与光催化活性

结合阳极氧化法和脉冲沉积法合成SnO2/TiO2纳米管光催化剂,实现了SnO2纳米颗粒在TiO2纳米管表面的均匀负载.利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)对样品进行表征,以甲基橙为模拟污染物,评价了纳米管的光催化活性.结果表明,SnO2/TiO2纳米管经750℃煅烧后主晶相为锐钛矿相TiO2,含少量金红石相TiO2和SnO2,三者两两之间形成三元异质结,促进光生电子-空穴对的分离,此时SnO2/TiO2纳米管表现出最佳的光催化活性,紫外光下对甲基橙1 h分解比例由32.4;提升至96.5;.     

硅纳米管的稳定性及性能的理论研究

硅纳米管(S iNTs)是一种继碳纳米管(CNT)和硅纳米线(S iNW s)之后的全新一维纳米材料。文中介绍了硅纳米管理论研究的最新进展,主要从理论上对硅纳米管的稳定性、稳定存在的形式及其性能,包括导电性能、热稳定性能、机械性能等进行了综述,最后,探讨了硅纳米管的发展前景并提出展望。