半导体纳米材料及其光电极器件分解水制氢的研究进展

自1972年发现TiO2光电极在紫外光下能分解水制氢以来,一些国家在光催化材料的制备、改性、可见光利用及光催化理论等方面已取得了重大突破。但半导体纳米材料及其光电极膜器件应用于光解水制氢的研究仍处于起步阶段。本文述评了近几年国内外半导体纳米材料及其光电极膜器件在光解水制氢方面的研究进展。     

半导体纳米材料的制备及其光催化制氢的研究进展

自1972年发现TiO_2光解水后,利用太阳光驱动水的劈裂制H_2(光解水)技术被认为是一项长期的、高风险、高回报的战略性研究课题。一方面,具有与太阳光谱较为匹配能隙的半导体(如:WO_3、CdS等)存在光腐蚀及有毒等问题。而p-型InP、GaP、GaInP_2等虽具有理想的能隙,且一定程度上抗光腐蚀,因其能级与光解水能级不匹配,需施以偏压才可实现光解水。另一方面,光化学稳定的半导体氧化物(如:TiO_2)的能隙太宽(以≤2.0 eV为宜)只能吸收紫外光,但是可见光占整个太阳光谱能量的43%。因此,增大半导体对可见光的响应,提高其量子产率意义重大。以羧酸钌(Ⅱ)联吡啶敏化TiO_2的Gr(?)tzel纳米晶光电化学电池(NPC)的光电转换效率已稳定在10%的研究成果为契机,大量的研究集中在染料敏化拓展半导体对可见光的响应,提高量子效率等方面。此外,虽有掺杂氧化物利用牺牲试剂在可见光下光解水的报道,然而尚很少有利用可见光以传统机理劈裂水为H_2和O_2的报道,而且关于析O_2反应的情况很不详尽。而目前几乎所有已知的染料在析O_2反应时都不稳定,使得上述染料敏化NPC池不适于析O_2。虽然有报道称层状BiVO_3...     

不同形貌纳米ZnO的合成及其光催化性能研究

以Zn(NO3)2·6H2O和NH4HCO3为原料,采用直接沉淀法制备了不同形貌和微观结构的纳米氧化锌。详细研究了反应终点pH值及沉淀前驱物的后处理方式等对粉体的晶体结构、形貌、粒径分布和团聚状况的影响。通过调节反应条件可分别获得网络状或颗粒状纳米氧化锌;光催化降解实验结果表明,网络状纳米氧化锌的光催化性能优于纳米颗粒状产物,而且该网络状和颗粒状纳米氧化锌的光催化活性均明显优于商品光催化剂P25。     

离子修饰对介孔纳米TiO_2膜电极及其DSSC性能的影响

采用光电化学测试技术考察了金属离子修饰对介孔纳米TiO_2(m-TiO_2)膜电极及其DSSCs性能的影响。结果表明,浸渍法形成的金属氧化物微晶既能覆盖在m- TiO_2多孔膜表面,又能夹杂于m-TiO_2纳米颗粒之间。表面微晶可以抑制m-TiO_2多孔膜的塌陷和表面态电子陷阱的形成,从而降低界面电子转移电阻;而夹杂于颗粒间的微晶则起到阻止电子传输的作用,提高电子传输电阻。通过优化离子修饰条件,可以在一定程度上改善DSSC的光电转换效率。     

热稳定锐钛矿型多孔纳米二氧化钛的制备

以十二烷基胺盐酸盐为模板剂合成了多孔纳米TiO2粉体.研究了不同的pH值对TiO2纳米粉体的产率及粒子形貌的影响.结果表明获得的锐钛矿产品具有较高的热稳定性.由TEM、液氮吸附分析结果可以看出,样品为多孔结构,300℃煅烧之后,比表面积仍高达376m2/g.     

TiO2/累托石复合材料的制备及其光催化性能研究

以溶胶-凝胶法制备的TiO2溶胶为柱撑液制备了TiO2/累托石复合材料.以X射线粉未衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、漫反射光谱(DRS)及液氮吸附等手段对其进行了表征;并以罗丹明B(RB)作为模拟有机污染物,研究其吸附及光催化降解性能.结果表明,和表面吸附TiO2粒子共存于复合材料中的柱撑TiO2将层间域从2.42nm扩展到9.81nm,提高了复合材料的比表面积以及孔体积,从而改善其吸附能力及光催化活性.     

BiVO4的水热合成及其光催化分解水产氧性能研究

以无机盐为前体，采用表面活性剂为模板，水热法制备了具有较高含量的单斜晶系BiVO4．实验结果表明，随着水热温度的升高，产物中单斜晶系BiVO4的含量增大，其光催化分解水产氧的效果越好．讨论了制备的BiVO4在牺牲试剂Fe（NO3）3存在下的产氧效率及其与产物晶型的关系。在优化的实验条件下获得了较高的光催化分解水产氧效率。     

燃烧法合成CuAl2O4及其光催化性能的研究

讨论了不同的合成方法、点火温度、燃料的量、络合剂的量对燃烧法合成CuAl2O4的影响。在燃烧法中加入络合剂柠檬酸合成前驱物，可以成功地合成出粒径较均一且晶相纯度较高的纳米CuAl2O4。光催化降解甲基橙的实验表明，当pH值为7时的光催化效果较好，表观反应速率为0．003。     

Direct Determination of Trace Titanium in High Purity Yttrium Oxide by FETV/ICP-AES

ＤｉｒｅｃｔＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＴｒａｃｅＴｉｔａｎｉｕｍｉｎＨｉｇｈＰｕｒｉｔｙＹｔｒｉｕｍＯｘｉｄｅｂｙＦＥＴＶ／ＩＣＰＡＥＳＰｅｎｇＴｉａｎｙｏｕ（彭天右），ＱｉｎＹｏｎｇｃｈａｏ（秦永超），ＦａｎＺｉｙｕ（范子瑜）ＪｉａｎｇＺｕ...     

共沸蒸馏法制备超细氧化铝粉体及其表征

用改进的溶胶－凝胶法（ｓｏｌ－ｇｅｌ）制备了单分散纳米级Ａｌ_２Ｏ_３粉体,研究了不同干燥方法对产品粒子性能的影响．结果表明,共沸蒸馏法能够有效地对氢氧化铝凝胶脱水,防止了硬团聚体的形成．在１１５０℃的温度下煅烧,可制得尺寸分布均匀、呈球形的α－Ａｌ_２Ｏ_３超细粉体,其平均粒径为６８ｎｍ．以透射电镜（ＴＥＭ）、Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）、热重（ＴＧ）、差热（ＤＴＡ）、比表面测定（ＢＥＴ）等手段对所得的超细Ａｌ_２Ｏ_３粉体进行了表征．