由钛酸盐纳米带水热制备锐钛矿型TiO2纳米带

研究了水热处理具有层状结构的钛酸钠纳米带或钛酸纳米带转化为锐钛矿型TiO₂的制备过程、难易程度和相转化机理. 实验结果表明, 当水热反应温度和时间分别在160 ℃ 和24 h以内, 钛酸钠纳米带很难完全转化为锐钛矿型TiO₂, 若升高反应温度并延长反应时间, 则可制得纯的锐钛矿型TiO₂, 但纳米带形貌被严重破坏; 当水热反应温度和时间分别为160 ℃ 和16 h时, 1次酸洗的钛酸纳米带能够完全转化为锐钛矿型TiO₂, 若钛酸纳米带经过3次强酸浸泡, 则在160 ℃下相转化时间就会缩短到12 h, 所有钛酸纳米带在转化为TiO₂后的形貌仍为纳米带, 但经3次酸浸后生成的TiO₂纳米带表面更光滑. 讨论了钛酸钠纳米带或钛酸纳米带转化为锐钛矿型TiO₂的相转化机理.     

TiO2纳米管与纳米线的制备及光电化学研究

利用钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaOH反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线.在170℃,48 h的条件下合成了TiO2纳米管.在180℃时得到另一种一维的TiO2纳米线.并用XRD,SEM,SAED,EDS及HRTEM等分析手段对两种产物的成分、形貌、结构进行表征.对TiO2纳米管电极的光电化学性能进行了研究.结果表明,TiO2纳米管与纳米线为锐钛矿型和金红石型的混晶结构.TiO2纳米管单色光的光电转化效率达到10.38%.与钛酸盐纳米管相比,混晶结构TiO2纳米管显示出优良的光电转化性能.     

TiO2纳米管的电化学性能研究

以锐钛矿相TiO2粉末和氢氧化钠作原料,应用化学合成法,于高温高压反应釜中制备TiO2纳米管.TEM、XRD分析显示,所得产物为锐钛矿相四方结构的TiO2纳米管.恒流充放电、循环伏安法测试表明,该TiO2纳米管首次嵌锂容量达260 mA.h/g,可逆容量高,有希望成为未来一种较好的新型锂离子电池负极材料.     

TiO2纳米管的模板法制备及表征

TiO2纳米材料在太阳能的储存与利用、光电转换、光致变色及光催化降解大气和水中的污染物等方面具有广阔的应用前景,成为重点研究的课题之一[1～5].目前,以TiO2纳米粉体和纳米膜的研究较为普遍,而TiO2纳米管的报道不多.由于纳米管比纳米膜具有更大的比表面积,因而具有较高的吸附能力,可望提高TiO2的光电转换效率.模板法(包括多孔阳极氧化铝膜(PAA)、光刻蚀制备的纳米模板、聚碳酸酯纳米滤膜等)在制备导电聚合物、金属、碳、无机半导体等纳米管或线型材料方面已得到广泛应用[6～9],在这些模板中,PAA膜具有均匀分布的垂直于表面的相互平行的密集纳米孔,且孔径、孔间距、膜厚可以通过电化学手段加以控制[10～13].     

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%.     

水热法制备纳米TiO2及其在水相介质中分散性的研究

以硫酸法钛白粉生产工艺的中间体偏钛酸为原料,采用水热法制备了纳米TiO2粉体。研究了磷酸、硫酸、反应温度及反应时间对TiO2粉体的晶型、粒径及形貌的影响,考察了其在水相介质中的分散性。并借助XRD、SEM、动态激光粒度分析仪和动电位及静态激光粒度分析仪对其进行了表征。     

LaNiO3/TiO2纳米管阵列的电化学制备及其光催化性能

利用脉冲电沉积与高温退火相结合的方法制备了镍酸镧(LaNiO₃)纳米颗粒负载的二氧化钛(TiO₂)纳米管阵列. 修饰于TiO₂纳米管阵列上的LaNiO₃纳米颗粒粒径小（< 10 nm）、分布均匀、负载量可控,一些LaNiO₃纳米颗粒沉积于TiO₂纳米管内. 紫外可见吸收光谱显示,LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的吸收带边较TiO₂纳米管阵列明显红移,可见光吸收明显增强. 可见光下光催化降解罗丹明B（RhB）的结果表明,脉冲循环沉积500次制得的LaNiO₃/TiO₂纳米管阵列的光催化活性最佳,其对RhB光催化降解速率是TiO₂纳米管阵列的3.5倍,并且表现出极好的光催化稳定性.     

铁掺杂TiO2纳米管阵列制备及其光电化学性质

应用电化学阳极氧化法,以Fe(NO3)3-HF的混合水溶液作电解液在Ti基底上制备Fe掺杂TiO2纳米管阵列.FESEM、Raman、XPS、DRS等测试表明:经Fe掺杂的TiO2纳米管阵列,管径50~90 nm,管长约200nm.与未掺杂TiO2纳米管阵列相比,前者的紫外可见起始吸收带边随着Fe掺入量的增加而红移;而光电化学性质如光电流也随之显著提高.     

纳米TiO2/丝素复合膜的制备

探讨了纳米TiO2在丝素溶液中的分散条件,在此基础上制备了纳米TiO2/丝素复合膜,并用原子力显微镜(AFM)和扫描电子能谱(EDS)对复合膜进行了表征。实验结果表明,制膜方法较为合理。当以有机物A为分散剂,纳米TiO2含量为1/1000时,其以粒径50 nm左右均匀地分散于复合膜中。     

新型WO3/TiO2纳米管催化剂的合成及其在环戊烯选择氧化反应中的性能研究

采用水热合成法以P25为原料制备了介孔TiO2纳米管, 并根据TEM和XPS表征结果对其形成机理进行了初步分析. 然后, 以制备出的介孔TiO2纳米管为载体, 钨酸铵为钨源, 采用传统浸渍方法制备了介孔WO3/TiO2纳米管催化剂. 利用N2吸附, TEM, XRD, XPS及Raman等手段对固载后的多相催化剂进行了表征, 并研究了催化剂在环戊烯选择氧化制备戊二醛反应中的催化性能. 结果表明, 在介孔20% WO3/TiO2纳米管催化下环戊烯的转化率达97.9%, 戊二醛的选择性高达69.3%. 钨物种以高度分散状态存在于催化剂中, 并与载体间存在着较强的相互作用, 使得钨的溶脱量很小, 脱落的钨对反应几乎没有影响. 另外, 催化剂具有较高的稳定性, 可以重复套用7次. 失活后的催化剂可通过简单焙烧的方式再生.     

Enhanced Photoelectrochemical Property of Zn Loaded TiO2 Nanotube Arrays Electrode

TiO₂ nanotube arrays (TNTs) electrode loaded with Zn nanoparticles was prepared by anodization and the size of Zn nanoparticle loaded on TNTs electrode was controlled bychronoamperometry deposition time. Results of SEM and XRD analysis show that Zn nanoparticles had a diameter of about 15-25 nm when the deposition time was 3-5 s. The UV-Vis diffuse reflectance spectra show the Zn loaded harvest light with 480-780 nm more effectively than the unloaded sample. The photocurrent response of Zn loaded TNTs electrodes were studied, the results showed that TNTs electrodes loaded with Zn nanoparti-cles has 50% increased photocurrent response under high-pressure mercury lamp irradiation compared with unloaded TNTs electrode.     

CO在金属掺杂TiO2纳米管阵列中的吸附及氧化

采用密度泛函理论(DFT)研究了五种不同金属元素V、Cr、Pd、Pt、Au掺杂二氧化钛纳米管阵列(TNTAs)的性质以及CO在这些二氧化钛纳米管阵列中的吸附和氧化.结果表明:金属的掺杂使TNTAs的带隙减小;弱吸附的CO能够和二氧化钛纳米管阵列中的晶格氧通过氧化还原机理生成CO2,这可归因于纳米管阵列的限域效应和金属元素的掺杂.合适的金属掺杂能促进CO氧化,除Cr以外的金属元素的掺杂降低了CO氧化的活化能垒,特别是Pd或Au的掺杂使能垒降低最为明显.贵金属元素Pd或Au掺杂TiO2纳米管阵列具有优良的光催化性能,可用于CO的低温氧化催化剂.     

可见光“全”分解水的类纳光电化学(PEC)电池模型

本文在对新型TiO2的光、电性质和形貌学研究基础上,首次提出"可见光‘全’分解水的类纳PEC电池模型",将水的redox反应分别放在新型TiO2纳米管内、外表面上进行。模型还提出以合适电化学性质的可变价金属氧化物作为放氧催化剂,表面晶格氧参与放O2过程,克服"全"光解水中四电子转移放O2的困难。此模型期望更多同行进行探索、验证。     

在TiO2纳米阵列上电沉积RuO2用于CO2电还原

传统上,RuO₂/TiO₂复合电极制备是通过在TiO₂/Ti基体上多次涂覆含Ru前驱体溶液和随后热分解（TD）来实现的. 为克服上述方法中Ru用量大和利用率低之不足, 本工作主要基于循环伏安法（CV）在TiO₂纳米管阵列（TNA）上电沉积RuO₂制备RuO₂^CV/TNA复合电极. SEM、GIXRD和CV结果表明, 电沉积的RuO₂为无定型结构, 所制备电极中的Ru用量约为传统的RuO₂^TD/TNA电极中Ru用量的1/30. 尽管两电极催化CO₂还原产物的法拉第效率接近, 但是RuO₂^CV/TNA电极比RuO₂^TD/TNA电极展示了更高的还原电流, 较正的初始还原电位和更好的稳定性. 与磷酸盐缓冲溶液中电还原CO₂相比,RuO₂^CV/TNA电极在0.1 mol•L^-1 KHCO₃中电还原CO₂除生成更高法拉第效率的甲酸根和甲烷外,还检测到CO的生成.     

脉冲沉积制备Cu_2O/TiO_2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.     

负载银纳米管钛酸催化剂的制备

采用光催化还原法制备了载银纳米管钛酸,通过TEM可以看到纳米管钛酸表面附着有银颗粒,XPS和XRD等结果显示银颗粒是以单质银的形式存在.对亚甲基蓝光催化降解实验结果表明:载银纳米管钛酸催化剂的催化活性比未载银纳米管钛酸催化剂的活性高.     

阳极氧化TiO2纳米管阵列的制备与掺杂*

近年来,TiO₂纳米管阵列的制备与应用得到了广泛的研究。阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列具有工艺简单、成本低廉、易于放大等优点,引起了极大关注。本文综述了阳极氧化法制备TiO₂纳米管阵列的研究现状,基于TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中的生长机理,讨论了决定阳极氧化TiO₂纳米管阵列形成的主要因素。结合本组的研究工作,总结了如何通过改变电压、升压速率、电解液、温度和氧化时间,实现纳米管管径、管壁厚度、管长的有效控制,提高TiO₂纳米管阵列的表面形貌质量。最后介绍了TiO₂纳米管阵列掺杂改性方面的研究进展。     

One Step Preparation of Highly Dispersed TiO2 Nanoparticles

A facile approach was developed to prepare highly dispersed TiO₂ nanoparticles with selected phase. The crystallization phase of the nanoparticles can be easily tuned from anatase to rutile by the dosage of hydrochloric acid in the reaction system. The crystallite size of the as-prepared anatase TiO₂ nanoparticles was ca. 3.2 nm with high dispersion. A transparent TiO₂ colloid was obtained by dispersing the as-prepared anatase TiO₂ nanoparticles in deionized water without any organic additives added. The concentration of TiO₂-H₂O colloid can be as high as 1600 g/L. The optical transmittance of TiO₂-H₂O colloid with a low concentration was nearly 100% in the visible region. Furthermore, anatase TiO₂ nanoparticles(TiO₂-NPs) showed superior photocatalytic performance compared to rutile TiO₂-NPs.