复合TiO_2纳米管材料光催化裂解水产氢研究进展

光催化裂解水是目前制取清洁能源氢气的热点研究方向。本文简述了Ti O_2纳米管及其掺杂改性技术在光催化裂解水制氢领域的发展。分析表明Ti O_2纳米管阵列的表面形貌对光催化产氢的效率方面起着非常重要的作用,采用两步或多步电化学阳极氧化制备的高度规整的Ti O_2纳米管表现出比一步阳极氧化制备的Ti O_2纳米管更高的产氢效率。非金属元素掺杂Ti O_2纳米管、能带宽度减小、染料敏化向Ti O_2纳米管导带注入激发电子,都能促使吸收光红移。掺杂金属离子能有效促使Ti O_2纳米管电子-空穴对分离。Ti O_2纳米管同窄能带的半导体复合使其吸收光红移,同时能有效地分离电子-空穴对。这些方法都能有效提高产氢效率。最后评述了将多种修饰方法有机结合起来制备催化剂是目前裂解水制氢的一个重点研究方向。     

Ti/TiO_2/Pd纳米电极的制备和电催化性能

采用阳极氧化法在纯钛表面生成结构高度有序的二氧化钛纳米管阵列,并通过室温固相反应制备了钯纳米颗粒。采用自组装方法将钯纳米颗粒修饰到Ti/TiO2表面制备了Ti/TiO2/Pd纳米电极。利用电子扫描显微镜、X-射线衍射分析二氧化钛纳米管、钯纳米颗粒和纳米电极的微观结构和表面形貌,并研究了Ti/TiO2/Pd纳米电极对甲醇的电催化性能。结果表明,TiO2纳米管排列整齐有序,Ti/TiO2/Pd电极中Pd纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管表面。电化学测试结果表明,Ti/TiO2/Pd纳米电极对甲醇的电催化氧化过程具有很好的电催化活性。     

柔性TiO2纳米管薄膜电极的制备及其光电性能

采用水热合成法制备出TiO2纳米管,通过XRD、TEM和氮气等温吸附-脱附仪等测试手段对TiO2纳米管进行了表征.用烧结的TiO2纳米管和P25粉末混合制成薄膜电极,并研究了薄膜电极的表面形貌、染料吸附量和光电性能.研究表明,加入TiO2纳米管可以制备出机械稳定的薄膜;掺杂TiO2纳米管的含量越多,薄膜电极的染料吸附量越大;掺杂5%烧结纳米管粉末的薄膜电极的光电性能最好,其短路电流可达3.25mA,光电转换效率达到1.67%.     

硫化镉复合二氧化钛纳米管阵列光电化学研究

采用阳极氧化法在钛片表面制备出了内径约70 nm,管壁厚度约30 nm的整齐有序的TiO_2纳米管列阵,而后通过浸渍法得到Cd S复合的TiO_2纳米管阵列。XRD和SEM分析样品晶型以及形貌特征的结果表明,随着浸渍次数的增加,TiO_2纳米管阵列上复合的CdS的量也随之增加。利用电化学工作站测定样品光电转化性能,结果表明,在TiO_2纳米管阵列上适量地复合CdS可以有效提高其光电转化效率,并且在浸渍次数为2次时,复合TiO_2纳米管阵列具有最佳光电化学性能,与纯二氧化钛纳米管的光电流为0.26 m A/cm~2,太阳光转化率为0.95%相比较,其光电流可达到0.58 m A/cm~2,太阳光转化率可达到4.02%,分别高于纯二氧化钛纳米管的2倍和4倍。     

二次阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列及光催化性能研究

采用二次阳极氧化法制得高度有序的TiO2纳米管阵列,并与一次阳极氧化法制备TiO2纳米管的形貌和光催化活性进行了比较。利用FESEM和XRD表征分析纳米管阵列的形貌和结构。研究结果表明:二次阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列克服了一次阳极氧化法制备的TiO2纳米管的表面粗糙有絮状物、管长不均等缺陷,制备出表面平滑,长度均匀的TiO2纳米管阵列,相同条件下与一次阳极氧化制得的TiO2纳米管的光催化降解速率进行对比,前者比后者提高了近一倍。     

三维有序大/介孔TiO_2反opal光阳极制备及光电性能

通过添加不同含量的造孔剂聚乙二醇2000(PEG2000),在二氧化钛反蛋白石结构(Ti O_2反opal)光阳极骨架结构中引入介孔结构,制备出了三维有序大/介孔Ti O_2反opal光阳极。用SEM和TEM表征了该光阳极的表面形貌,应用紫外可见光谱表征了其染料吸附-脱附性能,测试了基于该光阳极结构的染料敏化太阳能电池的光电转换特性和阻抗特性。结果表明,介孔结构的引入使Ti O_2反opal光阳极染料吸附能力增强,组装为染料敏化太阳能电池(DSSCs)后光电转换效率提高,电池交流阻抗降低。同时,随着PEG2000含量的增加,光电转换性能呈现先增加后减小的趋势,这可能来源于过量的PEG2000可造成宏孔骨架结构的破坏。     

纳米管阵列表面流动沸腾传热特性的实验研究

利用阳极氧化法在钛换热管内表面制备出了一层管阵列结构纳米薄膜。以该纳米管阵列表面管为传热元件,蒸馏水为工质,采用管外电加热竖管强制循环工艺,在恒质量流速下考察了纳米管阵列表面管的流动沸腾传热性能。在实验的基础上,得出了纳米管阵列表面管流动沸腾传热系数关联式。实验结果表明,与光滑表面管相比,流动沸腾传热温差降低了30%～55%,在没有增加阻力的情况下,沸腾传热系数提高了1.5～2.2倍。     

三维In_2S_3/TiO_2纳米复合材料的制备及光电性能

采用阳极氧化法在钛网基底上制备出TiO_2纳米管阵列,利用连续离子层吸附法(SILAR)将半导体In_2S_3沉积到TiO_2纳米管表面,制备In_2S_3/TiO_2纳米复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射仪(XRD)及紫外-可见漫反射光谱(DRS)对材料的形貌和结构进行表征,并通过荧光光谱仪以及光电信号对不同沉积圈数的In_2S_3/TiO_2纳米复合材料的光电性能进行测试。结果表明,制备的In_2S_3纳米颗粒均匀沉积在TiO_2纳米管上,并且不会堵塞纳米管的管孔。沉积不同圈数的In_2S_3/TiO_2纳米复合材料表现出不同的光电化学性质。     

氧化石墨烯(GO)修饰的TiO_2纳米管阵列光阳极的制备及其在染料敏化太阳能电池(DSSC)中的应用

文章采用二步阳极氧化法在纯钛片上制备了TiO2纳米管阵列,并用GO溶液修饰与其形成GO/TiO2纳米复合薄膜,修饰后的复合薄膜光电化学性能增强,组装成DSSC提高其光电转换效率,短路电流密度为13.2 mA·cm-2,光电转换效率为6.22%,相对于基于TiO2纳米管的DSSC电池分别提高了53%和30%。     

BiOBr/石墨烯/TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光电化学性能研究

通过水热处理TiO_2纳米管阵列和氧化石墨烯制备石墨烯/TiO_2纳米管薄膜材料,并进一步连续离子沉积BiOBr来制备BiOBr/石墨烯/TiO_2纳米管阵列薄膜材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线电子能谱和紫外-可见漫反射光谱等测试手段对所得样品的物相组成、表面形貌及元素形态和光吸收性能等进行表征。结果表明,TiO_2纳米管的表面成功负载了石墨烯和BiOBr纳米片。紫外-可见漫反射吸收光谱表明,BiOBr和石墨烯共同修饰的TiO_2纳米管的吸收带边发生明显红移,其可见光吸收性能明显提高。光电电化学性能测试表明,BiOBr和石墨烯的共同修饰有效提高了TiO_2纳米管的光电流、光电压和光电转换效率。