光诱导约束刻蚀体系中的TiO_2纳米管阵列光电极上Cu的沉积及抑制

光诱导约束刻蚀可作为一种无应力的化学平坦化方法用于Cu的抛光。我们发现在光诱导约束刻蚀工件Cu的过程中,工具表面的TiO_2纳米管上可能出现Cu沉积。通过扫描电子显微镜及其能谱,X射线光电子能谱等方法分析其沉积形貌和成分组成,探究在工具-工件之间的微纳尺度液层中Cu光催化还原沉积的机制,并在模拟液中研究Cu沉积对刻蚀体系的影响。探究引入搅拌、加入络合剂对TiO_2纳米管表面Cu的沉积的抑制,并考察抑制措施对于工件Cu刻蚀的影响。结果表明Cu沉积会增强TiO_2纳米管光电极的光催化性能,但随着沉积量的增加,增强机制会发生变化;在尝试抑制Cu沉积时也发现改善传质以抑制Cu沉积的同时也会带来工件Cu的刻蚀增强;采用添加络合剂结合改善传质的方法有望在抑制Cu沉积的同时提高平坦化效果。所以抑制方法和条件的选择需兼顾对工具-工件之间微纳液层中的多个化学和传质过程的影响。这些研究对于进一步优化光诱导约束刻蚀体系及其在化学平坦化中的应用有重要的指导意义。     

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。     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中,采用阳极氧化法,在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列,考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响.结果表明,TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度.NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度,提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率,提高管的生长速率及增加管的长度;而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解,提高了纳米管的净生长速率,得到较长的纳米管阵列.     

磁场对光催化反应羟基自由基生成速率的影响

以对苯二酸作为Pt/TiO₂光催化反应所产生的羟基自由基(•OH)的捕获剂, 采用荧光技术考察外加磁场对羟基自由基(•OH)生成速率的影响, 结果表明, 与常规的光催化反应相比, 外加磁场可使样品表面羟基自由基的生成速率提高11.7%.     

甘油基电解液中阴离子对阳极氧化TiO2纳米管生长的影响

在NH4F-甘油-水电解液中, 采用阳极氧化法, 在纯Ti基底上制备了高度取向的TiO2纳米管阵列, 考察了阴离子种类、阳极氧化时间及NaAc浓度对纳米管阵列生长的影响. 结果表明, TiO2纳米管的生长速率和长度强烈依赖于阴离子的种类和浓度. NaNO3和NaCl的加入能增大阳极氧化时的电流密度, 提高TiO2纳米管底部的腐蚀速率, 提高管的生长速率及增加管的长度; 而NaAc的加入更大程度上抑制了已生成的TiO2纳米管顶部的溶解, 提高了纳米管的净生长速率, 得到较长的纳米管阵列.     

钛基TiO2纳米管阵列电极的光电催化性能

应用电化学阳极氧化法在纯Ti基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列,考察了Ti/TiO2光阳极的光电化学响应.以苯酚溶液为目标污染物,研究Ti/TiO2电极的光电催化性能,并与光催化性能进行比较.结果表明,该电极光电催化性能优于光催化性能.施加0.6 V电压时,光电催化性能最好.电化学阻抗谱分析显示,光电催化和光催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率.     

RGO-TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能

采用阳极氧化的方法,通过调节阴、阳两电极间距制备不同壁厚的TiO₂纳米管阵列. 采用脉冲电还原沉积的方法将RGO负载于TiO₂纳米管阵列表面合成了RGO-TiO₂纳米管阵列. 相较于负载在薄壁TiO₂纳米管阵列上的RGO,负载于厚壁TiO₂纳米管阵列上的RGO得以充分还原,覆盖率大幅度提高,并显示出良好的光吸收性质和较低的电荷传输电阻,光电流大幅度增加.     

TiO2纳米管阵列在环境领域的研究进展

TiO2纳米管阵列是一种新型的无机功能材料,具有化学惰性、气敏、介电效应、良好的生物兼容性、较强的光催化能力以及抗化学腐蚀和光腐蚀的能力,特别是具有很好的光催化活性,使其在太阳能的储存与利用、环境净化、催化剂、光催化降解环境污染物等方面有比较多的研究应用.TiO2纳米管阵列通过一定的修饰可以使其吸收光谱向可见光区迁移,同时它兼具成本低廉、环境友好等优点,是当前环境污染物削减与监控的重要研究方向之一.本文主要对近年来国内外TiO2纳米管阵列作为光催化剂降解环境污染物和作为功能材料在环境分析检测中的应用进行简要综述,为开发新型污染物监控与处理技术及拓展TiO2纳米管阵列的潜能提供重要参考.     

Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结的制备及其可见光光电响应性质

采用阳极氧化法制备出结构规整的TiO2纳米管阵列,然后利用电化学沉积法制备出不同电沉积时间下Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结.通过SEM和UV-vis对样品进行表征,并对样品的可见光光电转换、光解水等性质进行了测试.结果表明,Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结体系在可见光区域有很强的吸收,TiO2与Cu2O之间形成的p-n结具有单向二级管的性质,能有效降低光生电子-空穴对的重组,提高光致电荷分离及电子-空穴对的迁移率.当电沉积时间为30 min时,Cu2O/TiO2纳米管阵列异质结(Cu2O/TiO2NTs-30)表现出最优的可见光光电响应性质.虽然与TiO2纳米管相比,Cu2O/TiO2NTs-30的开路电压减少了0.046 V,但短路电流却提高了4.5倍,最大吸收波长处光电转换效率提高了近6倍.     

应用纳米球刻蚀法在自组装膜修饰的硅表面生成中尺度的网状蛋白层

The patterning and immobilization of protein molecules onto functionalized silicon substrate through surface silane chemistry is of interest because protein patterning is an important prerequisite for the development of protein-based diagnostics in biological and medicinal fields. As a model system, mesoscale netty lysozyme arrays were assembled on oxidized undecyltrichlorosilane (UTSox) monolayer coated silicon surface through nanosphere lithography. The size of the arrays ranged from nanometer to micrometer can be easily adjusted by changing the size of nanospheres applied on the surface. By using nanosphere lithography, we are capable of fabricating a regular array of protein islands over centimeter sample regions. The created lysozyme protein patterns were characterized by atomic force microscopy (AFM) and fluorescence microscope, respectively. The analysis has demonstrated that this newly established approach offers a faster and more reliable process to fabricate netty protein arrays over large areas compared to conventional scanning-probe based fabrication methods. Furthermore, the carboxylic acid-terminated layer on surfaces is particularly effective for immobilizing protein molecules through either electrostatic interactions or covalent attachment via imine bonds. Therefore, the negative-toned protein structure on the surface with carboxylic acid groups coated on the bare areas makes it possible to fabricate two types of protein molecules on one surface.     

基于TiO2纳米管阵列的高效正面透光型染料敏化太阳能电池的制备及其光电性能

报道了一种基于TiO2纳米管(TNT)阵列正面透光型光阳极的高效染料敏化太阳能电池.将TNTs在450°C烧结后能避免其有序结构在HF处理过程中被破坏,使膜内高速电子传输通道被保留,有利于染料敏化太阳能电池(DSSC)实现高速电荷传输.再用HF、TiCl4、HF和TiCl4混合等溶剂对TNTs进行处理,提高其表面粗糙度以吸附更多染料.染料吸附量的增加能提高光阳极在300-570 nm波段光子捕获效率,该波段是染料吸收光子的主要区域.然而,在染料吸收光子较弱的长波段区域(570-800 nm)光子捕获效率的增加主要源于光阳极光散射率的提高.光阳极光子捕获效率的提高使DSSC的内外量子效率在全波段(300-800 nm)均有所增加,从而使短路电流明显提高.从电化学阻抗数据可知,与电子传输性能密切相关的电化学参数如电荷传输电阻、界面电荷复合电阻、电容、电子寿命、电子扩散长度和电子收集效率等在含处理过的TNTs光阳极DSSC中均有所改善,从而提高电池光电转换效率.含HF和TiCl4混合溶剂处理TNTs光阳极的DSSC最高光电转换效率能达到7.30%,比未处理的DSSC(5.38%)提高35.69%.     

TiO_2纳米管阵列光电极的电化学阻抗及动力学特性分析

采用声电化学阳极氧化法,在无机溶剂(H3PO4+NaF水溶液)和有机溶剂(NH4F+水+乙二醇)体系电解液中加20V直流电压制得TiO2纳米管(TNT)阵列,其中无机溶剂样品(记为TNT-A)的管长为650nm,有机溶剂样品(记为TNT-E)的管长为2μm.基于X射线衍射(XRD)图谱、场发射扫描电子显微镜图(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)的表征和电流-时间(I-t)曲线、Mott-Schottky图和电化学阻抗谱(EIS)的分析可知,在空气中经500℃煅烧后,TNT-E的吸光性能明显好于TNT-A的吸光性能.在紫外光((365±15)nm)辐照下,测得TNT-E的平均光电流密度与TNT-A的仅差0.05mA·cm-2,这是由于管长的增长增大了电荷转移电阻,并使得传质路径增长,增大了反应所需克服的势垒,降低了电极的反应速率,两者的电荷载流子密度分别为5.31×1020与9.86×1020cm-3.     

脉冲沉积制备Cu2O/TiO2纳米管异质结的可见光光催化性能

在用阳极氧化法制备有序排列TiO₂纳米管阵列薄膜的基础上,引入脉冲沉积工艺,成功实现了均匀、弥散分布的Cu₂O纳米颗粒修饰改性TiO₂纳米管阵列,形成Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结复合材料. 利用场发射扫描电镜（FESEM）、场发射透射电镜（FETEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）对样品进行表征,重点研究了Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结的光电化学特性和对甲基橙（MO）的可见光催化降解性能. 结果表明,Cu₂O纳米颗粒均匀附着在TiO₂纳米管阵列的管口和中部位置,所制备的Cu₂O/TiO₂ 纳米管异质结具有高效的可见光光催化性能;在浓度为0.01 mol·L^-1的CuSO₄溶液中制得的Cu₂O/TiO₂纳米管异质结表现出最好的电化学特性和光催化性能;另外,对Cu₂O纳米颗粒影响光催化活性的机理进行了讨论.     

浸渍-分解法制备高可见光催化活性的Bi2O3/TiO2纳米管阵列

用浸渍-分解法将Bi₂O₃纳米颗粒沉积在TiO₂纳米管壁上, 制备了Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列. 用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)测定了Bi₂O₃/TiO₂ 纳米管阵列的化学组分, 利用X 射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱表征了所制备的样品. 通过在可见光下(λ>400 nm)降解甲基橙(MO)水溶液来评价样品的光催化活性. 结果表明, Bi₂O₃纳米颗粒均匀地沉积在TiO₂纳米管中. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列具有比纯Bi₂O₃膜和N-TiO₂纳米管阵列高得多的可见光催化活性. Bi₂O₃/TiO₂纳米管阵列活性的增强是其强可见光吸收和Bi₂O₃与TiO₂之间形成的异质结的协同作用的结果.