阳极氧化法制备TiO_2纳米管形貌与光电催化性能表征—氧化时间因素控制

采用电化学阳极氧化方法,通过控制氧化反应时间制备了一系列Ti O2纳米管,采用SEM、XRD和XPS分别对Ti O2纳米管的形貌、物相结构和组成元素进行了分析,并研究了Ti O2纳米管的光电催化及光催化降解有机染料的反应活性。结果表明,氧化反应时间的增长会导致Ti O2纳米管的管径和长度增加,从而加快光生电子-空穴对的生成效率,提高催化活性;但氧化时间过长时会使Ti O2纳米管表面的规整度下降,表面缺陷增多,致使光生电子-空穴对的再结合速率提高,反而使催化活性降低;适宜的阳极氧化时间为120min。     

石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂的光解水制氢性能研究

为改善能源短缺,对新型光催化水解制氢材料进行了研究。通过改进Hummer法制备氧化石墨,溶胶-凝胶法制备锐钛矿型二氧化钛,采用浓碱法制得石墨烯-二氧化钛纳米管催化剂,考察了不同石墨烯的掺杂量对催化活性的影响。经过光解水制氢实验发现,掺杂不同质量分数石墨烯的催化剂催化活性得到了进一步提高,其中掺杂量为1%的产氢活性最好,产氢速率是纯二氧化钛纳米管的2. 5倍。通过BET、XRD、UV以及FT-IR等方法对催化剂进行了表征。结果表明,石墨烯与二氧化钛纳米管成功复合,并且石墨烯的掺杂在一定程度上提高了催化剂的BET比表面积;催化剂对可见光的响应范围得到进一步扩大,这为催化剂光解水制氢性能的提高提供了有力的条件。     

纳米管阵列光催化剂研究进展

TiO₂纳米管阵列以其优异的性能成为很有发展前景的新型纳米结构材料。综述了目前制备TiO₂纳米管阵列的3种方法,即模板合成法、水热合成法和阳极氧化法。阐述了提高TiO₂纳米管阵列的光催化活性常采用的改性方法,包括贵金属沉积、金属离子掺杂、非金属掺杂和半导体复合以及TiO₂纳米管阵列在染料敏化太阳能电池、光解水制氢、光催化降解有机污染物和气敏传感材料等领域的应用研究进展,提出通过改进制备工艺和改性方法制备高性能的TiO₂纳米管阵列光催化剂是未来主要的研究方向。     

g-C3N4-CdS-NiS2复合纳米管的制备及可见光催化分解水制氢

光生电子-空穴对的快速复合是导致半导体光催化剂性能不佳的重要因素之一，构建异质结是分离光生电子-空穴对的有效方法。结合热缩合和两步水热反应构建了g-C₃N₄-CdS-NiS₂复合纳米管，并进一步研究了在可见光照射下不同CdS含量的g-C₃N₄-CdS-NiS₂分解水制氢的光催化性能。结果表明，当CdS含量为10%(质量)时，三元复合物的产氢速率最高(50.9 μmol·h^-1)，是纯g-C₃N₄纳米管的25倍，是g-C₃N₄-CdS和g-C₃N₄-NiS₂二元复合物的11倍。而且，经过五次循环光催化反应后，产氢速率保持不变。光催化制氢性能的提高主要源于g-C₃N₄、CdS与NiS₂形成的异质结促进光生电子和空穴的迁移及电子-空穴对的分离。     

Pt/TiO_2纳米管的制备及光催化性能探究

采用原位阳极二次氧化法,在钛基底上制得双层分级结构TiO2纳米管,采用SEM、XRD和UV-DRS等对样品的表面形貌、晶型和紫外-可见吸收光谱进行了表征,并通过傅里叶红外光谱考量光催化降解甲醛的氧化产物来研究掺杂Pt前后的阵列式TiO2纳米管的光催化性能。结果表明,负载Pt后的双层分级结构TiO2纳米管吸收光谱范围增加,其光响应范围增大,并由于肖特基结的作用阻止了电子-空穴的复合几率,使得其光催化性能大大增强。     

微波法制备CdS-TiO_2NT复合催化剂及其在可见光下分解水制氢的性能

以CdCl2·2.5H2O,Na2S·9H2O和自制的TiO2纳米颗粒为原料,在微波反应器内合成了掺杂CdS的TiO2纳米管复合催化剂。通过高分辨透射电镜观察,发现采用此方法可合成形貌完好纳米管,管子内径为5~10nm,长度为150~200nm。X射线衍射表征结果显示合成的复合催化剂主要为锐钛矿型的多晶态TiO2纳米管,并且CdS的掺杂造成TiO2晶体变形,可能是CdS与TiO2之间存在相互作用和CdS部分进入TiO2晶格内部。X射线光电子能谱对该催化剂各元素电子环境进行了分析。紫外可见吸收光谱发现所制备的复合催化剂产生明显的红移现象,能吸收可见光。该催化剂在可见光下催化分解纯水制氢的催化性能结果表明,掺杂CdS(1.96%(wt))的TiO2纳米管催化剂能分解纯水产生氢气,产氢速率为12.9μmol·(h·g)-1,而纯CdS纳米颗粒、纯TiO2纳米管以及这两者物理混合的催化剂则检测不到氢气的产生。通过考察不同CdS的掺杂量,发现CdS质量分数为1.96%的CdS-TiO2NT催化剂的可见光下催化活性最好。     

TiO_2纳米管阵列膜的制备、机理与光电性能

采用两步阳极氧化法,在金属Ti箔片表面制备出了高度有序的Ti O_2纳米管阵列膜,分析了制备出的纳米管的表面形貌与晶向结构,并阐述了其生长机理;同时,将获得的Ti O_2纳米管阵列薄膜与染料、电解液、Pt/FTO对电极组装成染料敏化太阳能电池(dye sensitized solar cells,DSSCs),并探究其光电转化性能。实验表明,氧化时间为24 h条件下获得的纳米管组装成DSSCs的光电转换效率为4.9%。进一步的,通过采用Ti Cl_4溶液对纳米管进行表面修饰,组装DSSCs的光电性能提升至8.7%,更有利于实现DSSCs的工业化应用。     

光还原法制备增强光催化性能的Bi-TiO_2纳米管

采用阳极氧化法及简易光沉积法制备了一种Bi-TiO_2纳米管(Bi-TNAs)光催化剂,并对其形貌、晶相以及光吸收性能进行表征。结果显示,薄片状的金属相Bi微米片成功沉积在TiO_2纳米管阵列表面。光催化降解罗丹明B实验显示,Bi-TNAs的光催化降解性能比TNAs显著增强。单质Bi微米片作为电子陷阱可捕获TiO_2的光生电子,延长载流子寿命,降低电子-空穴复合速率,增强TNAs光催化降解罗丹明B的活性。     

水热法制备CdS同质结及其在清洁能源生产中的应用

以CdCl₂·2.5H₂O和Na₂S·9H₂O为原料，通过一步水热法成功制备了c-CdS/h-CdS同质结。采用XRD、Raman、SEM、UV-Vis DRS、SPV等表征手段对样品的结构形貌、能带结构、光生电子和空穴的分离效率进行分析，以可见光为光源，考察样品光催化分解水产氢活性。研究结果表明，c-CdS和h-CdS的能带结构匹配，能够组成“II型”同质结，这种同质结能够提高光生电子和空穴的分离效率，进而提高光催化活性。在可见光分解水产氢实验中，c-CdS/h-CdS同质结样品的产氢速率高达1855μmol·(g·h)^-1，为纯c-CdS和纯h-CdS样品的1.6倍和2.5倍。     

理化所光催化分解纯水研究取得进展

正氢气是一种理想的能源载体,能量密度高,而且氢气燃烧不会对环境造成污染。利用太阳能光催化分解水制氢是解决人类能源问题的重要途径。Cd S因其适合的能带位置以及带隙宽度,被广泛用作可见光光催化分解水材料。由于快速的光生载流子复合以及光腐蚀问题,Cd S在进行光催化产氢过程中需要加入电子牺牲剂,例如甲醇、乳酸、三乙醇胺等。这些电子牺牲剂一方面可以消耗光生空穴,解决Cd S的光腐蚀问题;另一方面可以抑制光生电子和空穴的复合,增加光生电子的寿命。但加入牺牲剂的光催化     

TiO2纳米管制备与掺杂改性的研究进展

本文总结近年来TiO2纳米管制备与掺杂改性的研究进展.介绍TiO2纳米管的制备方法以及纳米管的形成机理,讨论影响阳极氧化法制备TiO2纳米管的主要因素.总结使用不同元素对TiO2纳米管进行掺杂的方法以及效果,重点介绍N掺杂的不同方法以及提高TiO2纳米管性能的机理.介绍通过量子点和有机染料对TiO2纳米管进行表面改性的...     

Zn、S共掺杂对TiO_2纳米颗粒结构和光解甘油水溶液制氢性能的影响

以钛酸丁酯、硝酸锌和硫脲为原料,采用溶胶-凝胶法制备了不同n(Zn)/n(Ti)的Zn、S共掺杂的TiO_2光催化剂。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、激光拉曼光谱(FT-Raman)、紫外-可见漫反射(UV/vis DRS)等对催化剂的结构和光吸收性能进行了表征。结果显示,Zn和S在TiO_2纳米颗粒中均匀分布,Zn以ZnO形式存在,而S以SO2-4形式存在,共掺杂未改变TiO_2的锐钛矿结构。Zn和S共掺杂后,TiO_2纳米颗粒的晶粒变小。由于Zn的掺杂,在TiO_2禁带中产生了杂质能级,降低了纳米材料的禁带宽度,抑制了光生电子和空穴的复合,从而提高了光吸收效率。而S的掺杂,增加了催化剂表面的酸性位,有利于光催化活性的提高。掺杂了Zn、S的TiO_2光催化甘油水溶液制氢的效率远高于纯TiO_2。在氙灯照射下,3%Zn、S共掺杂催化剂的产氢速率可达到150.5μmol/(h·g)。     

金属改性的TiO2纳米管对光催化性能的影响

对TiO_2纳米管进行改性可进一步提高光催化性能,TiO_2纳米管的改性方式主要有三种:非金属离子掺杂、金属改性和半导体复合。本文主要介绍金属改性TiO_2纳米管的制备方法和光催化性能,金属改性分为金属离子掺杂和贵金属负载,金属离子掺杂主要介绍Fe和Zr,贵金属负载介绍Ag、Au、Pt。改性后的TiO_2纳米管有效地抑制了光生载流子的复合,因此具有比纯TiO_2纳米管更好光催化性能,降解有机污染物的效率更高。     

一步法原位制备碳氮共掺杂TiO_2纳米材料及其光催化制氢性能

采用碳化钛(TiC)粉末在氨气气氛中煅烧的方法一步原位制备了碳氮共掺杂的TiO_2纳米材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射谱(UV-VisDRS)等手段对其进行了表征。UVVisDRS分析结果表明,碳氮共掺杂的TiO_2的吸收带边较TiO_2有明显地红移且吸收强度增大。研究了热处理温度对样品的光催化产氢性能的影响,结果表明,550℃所制备的样品的光催化活性最好。相对于纯TiO_2和碳掺杂TiO_2,C和N的引入提高了TiO_2在紫外-可见光区的光催化制氢性能。     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管微观形貌调控进展

简要介绍了TiO_2纳米管的制备方法,以及采用阳极氧化法制备TiO_2纳米管的原理。综述了近年来国内外在阳极氧化法制备TiO_2纳米管方面的研究进展,并系统阐述了不同制备条件对TiO_2纳米管物理特性的影响,包括阳极氧化时间、氧化温度、氧化电压、电解液中的F-浓度、电解液的p H值、极性有机溶剂种类、煅烧温度等因素对TiO_2纳米管物理形貌及光催化特性影响。对TiO2纳米管在环境治理及新能源开发方面的应用前景进行了展望,认为通过调控阳极氧化工艺参数,制备出具有适宜结构的TiO_2纳米管是提高其光催化效果的关键,可进一步拓展TiO_2半导体材料在光催化领域内的应用。     

氮元素掺杂CdS/TiO2复合光催化剂的制备及表征

以尿素(UA)和TiO_2-P_(25)为原料,经浸渍-焙烧制备出N-TiO_2,经水热法合成出CdS/N-TiO_2复合光催化剂。催化剂的分析表征结果表明,N进入TiO_2的晶格,占据了O的空位,由于N和O的电负性不同,使Ti周围的电子云密度变化;掺杂N后,TiO_2晶型未发生变化,电荷分离效率提高,吸收边发生红移;CdS/N-TiO_2复合光催化剂是CdS与N-TiO_2光学性质的综合表现,扩展了TiO_2的光响应范围,提高了电子-空穴的分离效率,颗粒分布均匀,有利于电荷传输,光催化活性提高,可见光催化分解硫化氢制氢速率可达10327.4μmol/(h·g),高于未掺杂改性的CdS/TiO_2。     

Au/TiO_2纳米光催化剂的制备及光催化性能研究

采用水热法制备TiO_2纳米粒子,通过光化学还原沉积法制备了Au/TiO_2光催化剂,并利用SEM、XRD、EDS和DRS等技术对样品进行了表征,考察了不同Au含量对TiO_2纳米粒子光催化分解水制氢活性的影响。研究结果表明,通过此方法可以成功地将Au纳米粒子均匀地分散在TiO_2纳米粒子表面,用适量Au进行表面修饰不仅能提高TiO_2对可见光的吸收,还可以促进TiO_2光生电子-空穴对的分离效率,从而提高了TiO_2纳米粒子的光催化活性。其中,3%Au/TiO_2纳米粒子的光催化活性最高。     

阵列型TiO2纳米管光催化降解VOCs性能

通过二次阳极氧化电化学方法制备纳米孔/纳米管复合结构的阵列型TiO₂纳米管（2-step TiO₂ NTs）,实验证明这种结构的TiO₂ NTs对大气中的挥发性有机化合物（volatile organic compounds,VOCs）有着十分优异的降解效果。本文通过气态甲醇的光催化降解来评估比较一次氧化生成的TiO₂纳米管（1-step TiO₂ NTs）和2-step TiO₂ NTs的催化效果。实验结果表明,二次阳极氧化电化学方法所生成的TiO₂ NTs的纳米结构对光致电荷的产生有着十分重要的推动作用。之所以2-step TiO₂ NTs的纳米孔/纳米管复合结构能够显著提高VOCs的降解效率,是由于这种特殊的结构能够更加有利于电子的传递,同时能够有效地抑制光生电子和空穴的复合。最后,通过实验数据阐述了2-step TiO₂ NTs光催化活性的增强机理,这种新结构显示出更小的带隙、更高效的光生电子/空穴分离效率和VOCs降解性能。     

改性TiO2纳米管的制备及其对盐酸多西环素的降解

利用商业TiO_2粉末,采用水热法制备出不同摩尔分数的Co~(2+)掺杂改性TiO_2纳米管,以盐酸多西环素为降解目标,研究了样品的光催化性能。通过扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)、比表面积仪(BET)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见分光光度法(UV/Vis)等技术对样品进行了表征。结果表明,TiO_2纳米管管径均一、管壁多层,具有两端开口的中空孔径结构;Co~(2+)掺杂不会对纳米管的形貌产生影响,但能够增大纳米管的比表面积;Co~(2+)以离子形式存在于TiO_2纳米管的晶格内部;随着Co~(2+)掺杂量的增加,掺杂样品的吸收边出现了持续的红移。盐酸多西环素的光催化降解实验表明,相比TiO_2粉末, TiO_2纳米管具有较好的光催化活性,并且Co~(2+)掺杂改性提高了材料的光催化活性。其中,摩尔分数为1%的Co~(2+)掺杂改性的样品对盐酸多西环素的光催化降解效果最好,在氙灯照射下反应120 min,降解率为81.1%。     

窄带半导体敏化TiO_2光催化材料的制备及性能研究

本实验采用水热法在450℃温度下,以钛酸四丁酯作为前驱体制备了复合Ti O2粉体,XRD显示所有样品大都为锐钛矿型,部分呈金红石型,铜掺杂改变了Ti和O的结合能峰位,掺杂Cu2+进入了Ti O2晶格网络,说明水热法可以有效地掺杂Cu2+部分进入到Ti O2的晶格。SEM显示铜掺杂的Ti O2粉末的粒径更小,表明Cu2+掺杂Ti O2可以抑制纳米晶体的生长。IR-Vis图谱显示Cu2+掺杂纳米Ti O2的吸收边带位置上出现红移现象。复合的Ti O2粉体,催化实验显示荧光强度较小时,电子-空穴的复合率也会随之降低,从而明显地提高了光催化剂的催化活性。