TiO2薄膜的光电性能及应用

TiO2是高折射率(n=2.7)、大介电常数(ε=114)和半导体微电子结构特点。它的薄膜(d<1μm时)是具有光学宽透明波限的优异光电子基质材料。在概述TiO2薄膜制备工艺过程及其对TiO2镀膜材料技术要求的基础上,有针对性地分析了薄膜的光电作用机制,重点介绍TiO2薄膜的光电特性及其在民用和高技术领域的具体应用情况,如光反射、光增透、光吸收、太阳能电池、太阳能集热、半导体介电性能等。     

磁性TiO2空心球的制备及其光催化性能

分别制备Fe3O4和ZnFe2O4粉体并以它们作为磁芯,葡萄糖为模板剂,氟钛酸铵为钛源,通过水热法制备出Fe3O4/C/TiO2和ZnFe2O4/C/TiO2前驱体,煅烧后获得磁性Fe3O4/TiO2和ZnFe2O4/TiO2空心球。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪分析了产物的形貌、结构和化学组成,用振动样品磁强计测试了样品的磁化强度。结果表明,以Fe3O4为磁芯得到的Fe3O4/TiO2空心球的比饱和磁化强度是ZnFe2O4为磁芯得到的ZnFe2O4/TiO2空心球的20倍。以亚甲基蓝溶液为降解模型,考察了磁芯Fe3O4添加量对Fe3O4/TiO2空心球在紫外光下的催化降解能力。结果显示,Fe3O4的添加量对Fe3O4/TiO2空心球的光降解性能影响较小,且Fe3O4/TiO2空心球的紫外光降解能力均比纯TiO2空心球略低,但Fe3O4/TiO2空心球具有在外加磁场下易于回收的优势,具有潜在的应用前景。     

分子模板法制备纳米多孔SiO2薄膜

报道了用分子模板法制备纳米有序多孔SiO2薄膜。用扫描电子显微镜(SEM)观察改性前后薄膜的表面形貌，发现改性后薄膜孔洞大小均匀，排列有序，孔径在200nm左右。付立叶红外变换光谱(FTIR)研究表明，改性后薄膜内存在大量的一CH3键，增强了薄膜的憎水性，可以有效抑制孔洞塌缩。用椭圆偏振光测试仪测量并计算了薄膜的介电常数和膜厚，并且研究了热处理温度对二者的影响，发现当热处理温度为350℃时薄膜厚度约为400nm，此时介电常数有最低值1．66。     

β-MnO2纳米带的模板法的合成及其表征

在150℃水热条件下,以CTAB作为模板导向剂,用HMnO4氧化Mn（CH3COO）2,制备出β-MnO2纳米带。反应过程中使用HMnO4为氧化剂,不引入任何金属阳离子。通过XRD、SEM对产物进行表征,发现产物为一维带状结构,由于表面CTAB吸附在产物的晶面上,限制了一些晶面的生长,改变了晶面的生长速度,得到带状产物。模板剂CTAB是纳米带形成的决定因素。     

四脚状CdSe敏化TiO2纳米管阵列薄膜光电性能研究

采用阳极氧化法在钛基底上生长了一维高度有序TiO2纳米管阵列,并与CdSe四脚状晶体及CdSe量子点组装成一种新型的量子点敏化太阳能电池( QDSSCs).该阵列结构为光生电子的传递提供了快速通道,CdSe四脚状三维空间结构增加了其吸附在TiO2纳米管阵列的稳定性.采用XRD,SEM和HR-TEM对阵列及CdSe四脚状和量子点进行了表征.考察了CdSe四脚状和量子点敏化纳米管阵列三电极电池结构的光电性能.XRD谱图表明TiO2的锐钛矿晶型特征峰没有发生变化,同时出现了一系列的CdSe六方晶型和立方晶型特征峰.SEM图表明所制备的TiO2具有高度有序的纳米管阵列结构,且孔径大小均一、约为120 nm,长度近13.8 μm.TEM和HRTEM图表明CdSe量子点具有四脚结构,CdSe核的直径约为4.1nm,臂宽约为3.1nm,臂长约为16.0nm.结果表明:通过四脚状CdSe修饰TiO2纳米管阵列基电极在可见光谱区域的吸收得到了明显增强;此外,在模拟太阳光(AM 1.5 100 mW·cm-2)的照射下,四脚状CdSe敏化比CdSe量子点敏化TiO2纳米管阵列三电极结构电池的光电转换效率高,它们分别为0.13％和0.30％.     

溶胶-凝胶法制备TiO2及其光催化性能的研究

以钛酸丁酯为原料、无水乙醇为溶剂、硝酸为抑制剂,运用正交试验法确定了溶胶-凝胶法制备TiO2的初步最优条件,运用X-射线衍射技术对所制备的TiO2粉体样品进行了表征,并以大红染料作为目标降解物,研究了制备TiO2粉体活化温度、活化时间、紫外灯照射高度、催化剂投加量以及废水pH值对光催化性能的影响.结果表明,该方法制备的TiO2为纳米级锐钛矿.制备TiO2的最佳配比条件为:无水乙醇20.0 ml,蒸馏水1.5 ml,pHl.7.当活化温度为450℃、活化时间为180 min、紫外灯照射高度为10 cm、催化剂投加量为2g/L、目标废水pH为4.0时,达到最佳降解效果.     

Sol—gel法制备纳米二氧化钛及其紫外吸收性能的研究

采用溶胶-一凝胶法制备纳米TiO2粉,用X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）、紫外分光光度计对纳米TiO2粉进行了表征。分析了纳米TiO2粉末的物相、形貌、吸光度等特征,并分析纳米TiO2在化妆品中的应用。     

溶胶-凝胶法制备TiO2/硅藻土复合材料及其光催化性能

采用焙烧、酸洗等工艺预处理硅藻土,以改性硅藻土和钛酸丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶法制备TiO₂/硅藻土复合材料,采用XRD、SEM、FT-IR、TG等手段对其进行分析表征,以甲基橙为降解对象考察其光催化性能。结果表明：硅藻土表面均匀负载着锐钛矿型的二氧化钛,晶粒尺寸为35.76 nm。负载比2∶1、pH为>2～3、焙烧温度500℃制备的TiO₂/硅藻土复合材料的光催化性能最好,热稳定性良好。当TiO₂/硅藻土复合材料投入量为1 g/L,对60 mL(10 mg/L)的甲基橙溶液60 min内的降解率达到92%。     

溶胶 - 凝胶法制备 TiO2 及其冷喷涂性能研究

冷喷涂陶瓷涂层的现有研究表明, 大部分商业陶瓷粉末不适合用于冷喷涂, 而实验室制备的纳米团聚粉末 更易于冷喷涂。 溶胶 - 凝胶法是制备纳米 TiO2 最常用的方法之一, 具有工艺简单、 重复性高、 反应易控制等优点, 而且可以通过实验参数的改变从分子水平对反应进行控制, 从而获得结构形态各异的纳米粒子。 本文采用基于钛 酸四正丁酯水解反应的溶胶-凝胶法制备纳米锐钛矿TiO2, 研究粉末的微观结构并考察其冷喷涂性能, 在此基础上, 分析原料粉末性能对其冷喷涂性能的影响。 研究结果表明, 与商业 TiO2 粉末相比, 溶胶 - 凝胶法制备的 TiO2 粉 末具有良好的冷喷涂工艺适应性。 溶胶 - 凝胶法制备的 TiO2 粉末微观结构为不规则形, 经过热处理后由无定形态 转变为锐钛矿相。 冷喷涂 TiO2 涂层晶体结构及涂层内部 TiO2 颗粒的微观形貌均与溶胶 - 凝胶 TiO2 粉末保持一致。 冷喷涂 TiO2 涂层的光催化活性受原始喷涂粉末影响, 当原始喷涂粉末的光催化活性高时, 冷喷涂 TiO2 涂层的光 催化活性也较高。     

钒酸铈纳米棒的水热模板法制备与表征

以硝酸亚铈和原钒酸钠为原料,采用水热和模板导向结合的方法制备出了晶形规整的钒酸铈纳米棒。探讨了模板剂、pH值和水热时间等因素对产物形貌和结构的影响,并用XRD,SEM,TEM等对产物的物相、结构和形貌进行了表征。结果表明,制备的产物为纯净的单一体心四方结构的钒酸铈纳米棒,其长度为1~2μm,径向尺寸分布为30~50 nm。制备钒酸铈纳米棒的最佳工艺参数为:以EDTA为模板剂、水热温度为180℃、pH值为9、水热时间为24 h。模板剂、pH值和水热反应时间对制备CeVO4纳米棒有着非常重要的影响。EDTA的加入能够促进钒酸铈纳米微粒的形核;pH值影响粒子的聚集状态;水热时间的延长有利于制备结晶性能更好的钒酸铈纳米微粒。     

Selective synthesis and growth mechanism of CeVO4 nanoparticals via hydrothermal method

Selective-controlled structure and shape of CeVO4 nanocrystals were successfully synthesized via a hydrothermal method from Na3VO4·12H2O and Ce(NO3)3·6H2O.The resulting products were characterized by X-ray powder diffraction (XRD),field emission scanning electron microscopy (FESEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS).The influence of hydrothermal temperature,precursor solution concentration on the crystal and morphology of products were further studied.The results showed that the as-synthesized products exhibited pure single-crystal CeVO4 nanoparticles with tetragonal structure.The hydrothermal temperature and precursor solution concentration had important effects on the formation of CeVO4 nanoparticles.Furthermore,the growth mechanism of CeVO4 nanoparticles was explained with Ostwald ripening mechanism.     

水热法制备高活性TiO2光催化剂的研究进展

简述了TiO2作为光催化剂应有的性质；着重介绍了高活性和超高活性TiO2光催化剂纳米粉体和薄膜的水热法制备研究情况；指出了该法尚须解决的问题及今后努力的方向。     

两步法制备钛酸钡、钛酸锶和钛酸锶钡纳米管阵列

通过常温恒压条件下在1%HF溶液中对钛进行阳极氧化,形成大面积管径10~100nm、长度100~700nm的氧化钛纳米管阵列,考察了恒压条件下氧化电流随时间的变化曲线。然后以此氧化钛纳米管阵列为膜板,分别在0.1mol.L-1氢氧化钡、氢氧化锶或氢氧化锶和氢氧化钡混合溶液中进行水热反应,形成钛酸钡、钛酸锶和钛酸锶钡纳米管状阵列,根据使用的膜板不同其管径在10~90nm,长度100~700nm范围内可调,这种铁电纳米管结构排列整齐,在微电子、光电子和生物陶瓷等领域具有很多潜在的应用前景。     

水热法制备稀土掺杂纳米TiO_2薄膜及光催化降解性能研究

以Ti(SO4)2水溶液为前驱物,尿素为沉淀剂,采用水热法在玻璃基片上制备了稀土离子掺杂的TiO2薄膜。以薄膜对紫外光吸收值为指标,考察了水热反应时间、镀膜次数、掺杂稀土离子的种类、掺杂量对紫外光吸收性能的影响,确定了掺杂薄膜最佳制备条件:在1.0mol/L尿素溶液中,温度为160℃,反应10h,镀膜两次,稀土最佳掺杂量为n(La)=0.9%或n(Eu)=1.1%(n为摩尔比),掺镧元素的效果好于掺铕元素。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备的TiO2薄膜的相结构及形貌进行了分析和表征,结果表明,所制备的薄膜均匀、致密、无可视缺陷。以甲基橙为光催化降解的探针化合物,探讨了TiO2薄膜光催化降解性能,结果表明,掺杂稀土离子的TiO2薄膜对光催化降解性能远优于未掺杂的TiO2薄膜。     

水热法制备氮、铁共掺杂TiO_2研究

以钛酸正丁酯为前躯体,硝酸铵和九水硝酸铁为氮、铁掺杂源,利用水热法制备了氮、铁共掺杂TiO2粉体。采用XRD、FE-SEM、EDS、BET、FT-IR等手段对所制备粉体进行了表征。结果显示:共掺杂TiO2粉体为锐钛矿型,呈球状,粒径为9.2 nm,较高的比表面积201 m2/g。对甲基橙溶液的光降解实验结果表明,在350W氙灯(模拟自然光)条件下,共掺杂的TiO2对于甲基橙的降解率为96.4%,光催化活性高于P25。在太阳光下,光照4 h,对甲基橙的降解率达到84.5%。     

H2O2氧化水热晶化法制备超细钨粉

通过H2O2氧化工业级钨粉颗粒制备出纳米级WO3粉体,采用两段还原法对所得的产物进行氢还原后得到超细钨粉。用XRD、SEM、BET等对所得产物进行了一系列的表征。结果表明:工业级钨粉经氧化水热晶化处理后所得产物为单斜相WO3,平均粒径约为60 nm;将制得的WO3在氢气氛下还原,800℃下保温45 min后得到颗粒分布较窄、平均粒径约150 nm的立方相钨粉。当还原温度升高至900℃时,所得的钨粉颗粒明显长大,部分粒径长大至2~3μm,但颗粒的球形度更好。     

机械化学法制备N掺杂纳米TiO2可见光光催化剂及其性能研究

以锐钛矿型TiO2为原料, HMT(六亚甲基四胺)为掺杂N源, 采用机械化学法经过600 r·min-1×2 h高能球磨, 后续以焙烧处理, 合成了N掺杂纳米TiO2粉末. 所制备的粉末为锐钛矿、金红石和板钛矿的混合相, 对波长大于400 nm的可见光具有良好的吸收性能, 其吸收边红移至530 nm;在λ＞400 nm的可见光照射下, HMT加入量为10%的样品对甲基蓝的降解率比原料粉末提高了2.7倍.