电还原MoSe2修饰TiO2纳米管光电化学性能研究

通过阳极氧化法在乙二醇电解液中制备TiO₂纳米管阵列, 以钼酸钠和亚硒酸为原料, 改变原料的浓度配比以及沉积电压, 电化学还原沉积MoSe₂对TiO₂纳米管阵列进行修饰, 以半导体复合的方式提高TiO₂的光电化学性能。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对复合物进行物相、形貌分析, 通过电化学工作站测试复合材料的线性伏安曲线、交流阻抗。结果表明, MoSe₂与TiO₂形成了p-n异质结, 降低了光生电子和空穴的复合以及电荷转移电阻显著降低, 使载流子浓度、光电流密度明显增大。沉积电压为-0.5 V, 2 mmol/L H₂SeO₃沉积30 s, 经过300 ℃热处理的MoSe₂/TiO₂复合材料具有优异的光电化学性能, 在0 V偏压条件下光响应电流密度为1.17 mA/cm ², 是空白样品的3倍, 电荷转移电阻从331.6 Ω/cm ²下降到283.9 Ω/cm ²。当热处理温度为330 ℃时, MoSe₂会发生团聚, 堵塞TiO₂基底, 使得MoSe₂/TiO₂吸光能力减弱, 综合性能变差。     

CTAB辅助水热合成球状纳米花MoS2/C复合材料及其电化学性能研究

以钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)、硫脲(NH₂CSNH₂)、CTAB为原料, 利用水热法合成了MoS₂/C球状纳米花复合材料。通过XRD、SEM、TEM、TG等分析测试方法, 研究了不同CTAB添加量对MoS₂/C复合材料的微观结构、表面形貌的影响规律, 结果显示, 有部分无定形碳嵌入了MoS₂层间, 并抑制了MoS₂(002)面的堆积。电化学测试表明: 与纯MoS₂相比, MoS₂/C复合材料具有更好的电化学性能, 当加入0.025 g CTAB时首次放电比容量达到730 mAh/g, 在100 mA/g的电流密度下经过100次循环比容量稳定在415 mAh/g。在此基础上讨论了MoS₂/C球状纳米花复合材料的可能生长机理以及对材料电化学性能的影响规律。     

CdS/TiO2纳米晶薄膜的原位法制备及光电化学性能研究

CdS/TiO₂异质结薄膜因其优异的可见光催化性能, 在光催化领域引起了广泛关注。然而, 目前传统方法制备的CdS/TiO₂薄膜可能存在交界面结合不紧密的问题, 不利于光生载流子在交界面处的传输。因此, 本研究基于原位转换的原理(TiO₂→CdTiO₃→CdS), 将TiO₂纳米晶表层原位转换成CdS, 制备了CdS/TiO₂纳米晶薄膜。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)手段对样品薄膜的形貌和结构进行了表征。由表征结果可知, 在TiO₂纳米晶表面形成了CdS, 构成了交界面结合紧密的CdS/TiO₂异质结薄膜。光电化学性能研究表明, 与传统的连续离子层吸附反应法(SILAR)制备的薄膜相比, 原位法制备的CdS/TiO₂薄膜的光电流密度更高, 达到9.8 mA·cm^-2(V=0.4 V (vs. RHE)); 交流阻抗谱(EIS)结果表明, 原位法制备的CdS/TiO₂薄膜具有更小的电荷传输电阻, 说明原位法形成的CdS/TiO₂异质结结合更紧密, 能减小光生载流子在CdS/TiO₂界面处的传输阻力, 降低光生载流子在传输过程中的复合几率, 进而提高CdS/TiO₂薄膜的光电化学性能。     

碳掺杂TiO2纳米管电极的简易制备及其光电化学性能

通过阳极氧化方法制备了TiO₂纳米管薄膜, 在NaHCO₃存在下对该薄膜进行热处理得到碳掺杂TiO₂(C-TiO₂)纳米管薄膜, 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗谱(EIS)和Mott-Schottky等方法对得到的薄膜进行表征。XRD结果表明C-TiO₂纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型; SEM结果显示薄膜存在纳米管结构; XPS分析表明C-TiO₂纳米管薄膜中的C以替代型掺杂形式进入到TiO₂晶格中; 光电化学性能测试显示, 相对于TiO₂纳米薄膜, C-TiO₂阻抗减小, 平带电位由-0.28 V负移至-0.38 V, 具有更好的紫外-可见光和可见光响应, 紫外-可见光下的光电流是未掺杂的1.7倍。利用阳极氧化的Ti丝作为光阳极和Pt丝作为对电极组装了染料敏化太阳能电池并进行了性能测试, 结果表明, 经过碳掺杂的Ti /TiO₂丝为光阳极电池的短路电流密度和电池效率分别达到0.17 mA/cm²和3.8%, 较未掺杂的Ti/TiO₂丝为光阳极的电池的短路电流密度和电池效率均增大, 表明适量的碳掺杂有利于提高电池效率。     

纳米TiO2-Pt复合材料的制备及在可见光下的光催化性能研究

采用低温水热法制备纳米棒状锐钛矿相TiO₂溶胶,以氯铂酸为Pt源,通过贵金属沉积制备不同含量Pt的纳米TiO₂-Pt复合材料。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、紫外可见吸收光谱、X射线光电子能谱分析对纳米TiO₂-Pt复合材料的表面形貌和光学性质进行了表征,利用氙灯照射模拟可见光光源对亚甲基蓝(MB)水溶液进行光催化反应降解,通过溶液前后吸光度值的变化来准确评价实验材料的光催化活性。结果表明：制备的二氧化钛溶胶尺寸均一,为标准的锐钛矿型;且Pt纳米粒子很好地分散于TiO₂表面,正是由于铂层的存在,有效抑制了光生电子-空穴的复合,延长了光生载流子的工作寿命,提升了量子效能,使TiO₂-Pt的光催化活性远高于普通TiO₂,对亚甲基蓝的光降解效果也达到了88.5%。     

TiO2纳米环/纳米管分层结构的生长机理及其吸光特性

由于电解液成分、氧化条件和所制备纳米管尺寸等因素的影响, TiO₂纳米管阵列在阳极氧化过程中容易形成纳米草结构, 而利用两步阳极氧化法可制备出表面整洁的TiO₂纳米环/纳米管分层结构。实验通过控制氧化时间得到了不同生长阶段的TiO₂纳米环/纳米管分层结构, 并对其生长机理及吸光特性展开研究。结果表明, 在第二步阳极氧化过程中, 钛箔表面的周期性六边形纳米洞结构可以使纳米管的生长过程局限于每个纳米洞内部, 从而形成TiO₂纳米环/纳米管分层结构。同时, 存在的纳米环可以为其内部的纳米管提供支撑作用, 防止纳米草结构的形成。TiO₂纳米环/纳米管分层结构的吸收光谱在可见光区域呈现震荡形态, 这是纳米环顶部反射的光与钛基底反射的光相互干涉导致的。根据震荡峰形状与样品厚度的关系, 可以估算出入射光在TiO₂纳米环/纳米管分层结构中的最大穿透深度为2 μm左右。     

Au纳米粒子/双层TiO2周期结构的制备及其对乙醇的电催化性质

利用二次阳极氧化法成功制备了双层TiO₂纳米管周期结构。通过改变氧化电压可以有效地调整双层TiO₂纳米管的管径, 从而控制样品的形貌。通过实验优化确定双层TiO₂周期结构的制备条件为一次氧化电压60 V, 二次氧化电压40 V。利用原位光还原法, 在TiO₂周期结构表面负载了Au纳米粒子并研究了前驱体溶液浓度与光照时间对样品的影响。在0.05 mmol/L HAuCl₄溶液中光照90 min后得到的Au纳米粒子具有最优的形貌与分布。这种绿色的原位光还原法因为避免使用保护剂与还原剂而有效提高了Au纳米粒子的催化活性。制备所得的Au/TiO₂周期异质结构可以直接作为工作电极用于乙醇的电催化氧化, 并表现出了良好的催化活性与稳定性。除了Au纳米粒子, 其他金属纳米粒子如Ag、Pd、Cu等均可通过该方法成功负载于双层TiO₂纳米管周期结构上。这种新型的异质结纳米结构作为燃料电池的阳极材料表现出了巨大的潜力。     

MoS2@TiO2/CNFs复合材料活化PMS快速去除有机污染物的研究

MoS₂能否高效激发过硫酸盐(PMS)产生高氧化性的过硫酸根基，很大程度上取决于MoS₂纳米片上活性边缘的数量。将MoS₂纳米片垂直生长在TiO₂基底上，能够充分暴露MoS₂的活性位点。通过静电纺丝、碳化和水热法成功地在TiO₂碳纤维上近垂直生长MoS₂纳米片，得到MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料。在光照条件下，MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料活化PMS后，对亚甲基蓝(MB)的降解率达到97.1%,比仅使用MoS₂@TiO₂/CNFs的催化体系降解速率提升4倍。连续循环5次后，降解率仍能保持在84.8%。以上结果说明MoS₂@TiO₂/CNFs复合材料具有优异的光催化性能和较高的稳定性。     

F含量对ZrO2纳米管形貌和相组成的影响

采用阳极氧化法在丙三醇+NH₄F+5vol% H₂O的电解液中制备了高度有序的ZrO₂纳米管阵列, 详细考察了溶液中F含量(0.1~1.1 mol/L)对纳米管形貌﹑相结构和化学组成的影响. 利用扫描电子显微镜(SEM), X射线衍射仪(XRD)和X射线光电子能谱仪(XPS)对不同条件下制备的管径约90~130 nm, 管长约4.8~9.1 μm的纳米管形貌和结构进行了表征. 结果显示, 在含有0.7 mol/L NH₄F的电解液中获得了高度有序且垂直导向的四方相ZrO₂纳米管阵列, 而在较低浓度的电解液中制备的纳米管阵列为无定形结构, 较高浓度下纳米管阵列出现坍塌. 此外, 纳米管近表层处F/O原子比也随F^-浓度的变化而变化.     

Cu2O/CeO2异质结的制备与光电化学性能研究

通过电化学法在铜片表面生长Cu(OH)₂纳米线阵列，在氮气氛围下将其进行退火处理得到Cu₂O纳米线阵列，然后采用电沉积法在电极上沉积Cu₂O阻挡层和CeO₂,制备得到Cu₂O/CeO₂异质结光阴极材料。利于扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对材料的形貌和化学成分等进行表征，紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、线性扫描伏安法(LSV)和莫特肖特基曲线(M-S)等测试对其光电化学性能进行分析。实验数据结果表明，在0 V、RHE(可逆氢电极)下，Cu₂O/CeO₂光阴极的光电流密度达到-6.55 mA/cm²,相比仅Cu₂O的光电流密度(-3.67 mA/cm²)提升了1.78倍。随后，通过ALD(原子层沉积)制备TiO₂作为保护层，负载Pt作为析氢反应(HER)的助催化剂。最终Cu     

准三维MoS2/graphene复合材料储锂性能研究

本研究以氧化石墨烯为前驱体, 利用钼酸钠和硫脲通过水热法在不同阳离子表面活性剂(C₁₄TAB, C₁₆TAB, C₁₈TAB)的辅助下合成得到MoS₂/GF复合结构。XRD和SEM分析表明, MoS₂/GF复合材料因阳离子表面活性剂的不同而呈现不同的结构和表面形貌; 电化学性能测试表明其结构和表面形貌对电极的容量、循环稳定性和倍率性能都有较大影响。相比于C₁₆TAB和C₁₈TAB, C₁₄TAB辅助合成的MoS₂/GF复合结构具有最高的首次放电容量(955 mAh/g), 50次循环后仍保持751 mAh/g的可逆容量, 而且倍率性能更好。本研究揭示MoS₂/GF复合材料电化学性能的提升可归因于其独特的praticle-on-sheet结构以及MoS₂与石墨烯之间的协同作用。     

石墨/TiO2复合光催化剂的制备和性能

以石墨和纯的TiO₂为原料,采用球磨工艺制备了石墨/TiO₂复合光催化剂。使用XRD、SEM、TEM、XPS和DRS等手段对其性能进行了表征。以甲基橙为模拟污染物,研究了石墨掺入量、球磨时间对复合光催化剂光催化活性的影响。结果表明,石墨/TiO₂复合光催化剂具有锐钛矿结构,球磨后TiO₂(101)面的衍射峰宽化并右移,TiO₂成为200 nm左右的不规则球状颗粒,在其表面均匀分布着石墨。TiO₂晶粒的Ti-O键的结合能变高,且表面有缺陷产生,使其在可见光区具有显著的吸收。石墨掺入量为5%、球磨时间为12 h的石墨/TiO₂样品对甲基橙具有优异的光催化降解效果,在70 min的降解时间内甲基橙的降解去除率可达95.08%。石墨/TiO₂复合光催化剂的光催化反应速率常数k为0.043035 min^-1,是纯TiO₂的2.64倍。     

TiO2/石墨烯复合物的制备及其嵌脱锂行为研究

以钛酸丁酯为TiO₂前驱体, 通过水热法制得TiO₂/石墨烯复合物。使用X射线衍射(XRD)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和电化学充放电等手段对材料进行了表征和分析。结果表明: TiO₂颗粒均匀地分散在石墨烯的表面, 复合物中石墨烯的含量为24.67%。当该材料用作锂离子电池负极材料时, 在2C的放电倍率下, 首次放电容量为384.35 mAh/g, 循环100次后的放电容量为130.26 mAh/g, 是纯TiO₂电极放电容量的2.93倍。与纯TiO₂电极相比, TiO₂/石墨烯复合物的电荷转移电阻较低。TiO₂/石墨烯复合物具有较好的倍率性能和较高的电化学反应活性。     

钠离子电池TiO_2/还原氧化石墨烯负极材料的制备及储钠性能

由于钠离子半径比锂离子半径大70%,使得钠离子在石墨电极材料中脱嵌较困难,需要对石墨负极材料进行改性。以天然石墨为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯;在此基础上以钛酸丁酯为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO_2前驱体/氧化石墨烯(TiO_2/GO)复合材料,通过热处理获得锐钛矿型TiO_2/还原氧化石墨烯(TiO_2/RGO)复合材料。电化学测试结果表明:TiO_2含量为15wt%的TiO_2/RGO复合材料在电流密度为20mA·g~(-1)下的首次放电比容量为74.08mAh·g~(-1),随着循环次数的增加,放电比容量逐渐增大,循环50次后达109.10mAh·g~(-1);充放电效率也呈现出逐渐增大的趋势,循环50次后达65.59%。而纯还原氧化石墨烯首次放电比容量为41.43mAh·g~(-1),循环50次后仅为20.47mAh·g~(-1)。     

La3+-Pr3+共掺杂纳米TiO2粉体的光催化性能

以钛酸四丁酯(TBT)为原料, 采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO₂和La³⁺-Pr³⁺共掺杂复合粉体(La³⁺-Pr³⁺/TiO₂), 采用XRD、 UV-Vis和TEM等测试手段分析了在紫外光照射下, 以降解甲基橙为探针反应研究其可见光催化性能。结果显示: 所有样品均为锐钛矿相纳米TiO₂, 稀土元素镧和镨掺杂后TiO₂特征衍射峰宽化, 强度降低; 与纯TiO₂、 镧掺杂TiO₂与镨掺杂TiO₂相比, 光催化剂La³⁺-Pr³⁺共掺杂TiO₂颗粒的粒径更小, 比表面积更大, 光吸收边红移程度更显著; 与未掺杂和单一掺杂的TiO₂相比较, 共掺杂的TiO₂具有更高的可见光催化性能。当La³⁺与TiO₂和Pr³⁺与TiO₂的摩尔比分别为1.0%和0.2%时, 可见光催化性能最好。可见光催化性能的提高归因于镧和镨的协同作用。     

NH4+扩层MoS2的制备及其储锌性能研究

二硫化钼(Mo S₂)作为水系锌离子电池的正极材料,受到锌离子(Zn²⁺)与主体框架之间的强静电相互作用表现出缓慢的反应动力学。并且Mo S₂的层间距较窄难以嵌入大尺寸水合Zn²⁺,导致Mo S₂电极呈现出较低的放电比容量。本研究通过一种简单的氨水辅助水热法制备了NH₄⁺扩层的二硫化钼(Mo S₂-N)电极,氨水分解产生的氨气在促进硫代乙酰胺水解和提供还原性S^2–的同时,还会产生大量NH₄⁺作为插层离子,将Mo S₂的层间距由0.62 nm扩展至0.92 nm,进而大大降低了Zn²⁺嵌入能垒(改性电极的电荷转移电阻R_ct低至35?)。当电流密度为0.1 A·g^–1时,Mo S₂-N电极的初始放电比容量相比未扩层的Mo S₂