三维有序大/介孔TiO2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（TiO₂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TiO₂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TiO₂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。     

无皂乳液聚合法合成聚苯乙烯微球应用于准固态电解质染料敏化太阳能电池

制备了一种提高染料敏化太阳能电池短路电流和电池光电转化效率的准固态凝胶电解质,该电解质含有5%高聚物PVDF-HFP和2% TiO₂纳米颗粒。另外,通过乙醇相无皂乳液聚合法合成了大小均一的聚苯乙烯微球,并用于制备染料敏化太阳能电池的多孔光阳极。研究了准固态电解质和液态电解质应用于不同光阳极染料敏化太阳能电池的规律。结果表明,与液态电解质相反,准固态电解更适用于孔洞较多的光阳极,在相同测试条件下,电池的短路电流由12.80 mA·cm^-2提高到13.53 mA·cm^-2,效率比液态提高11.43%,达到6.63%。     

浆料组成对纳米TiO2染料敏化太阳能电池性能的影响

为提高TiO₂光阳极染料吸附量和染料敏化太阳电池(DSSC)的光电转换效率。在制备TiO₂浆料过程中，加入不同量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮、聚乙二醇(PEG 20000)，经机械搅拌得到TiO₂浆料，采用旋涂法在基底上制备多孔TiO₂薄膜阳极，组装成染料敏化太阳电池。采用紫外-可见分光光度计、太阳光模拟器及2400型数字源表测试其紫外可见光吸收光谱以及光电转换效率。利用正交实验探讨了浆料中聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)、乙酰丙酮和聚乙二醇(PEG20000)对浆料吸光度及DSSC光电性能的影响。研究结果表明，DSSC光电转化效率最佳的配方为：CTAC:0.6 g，乙酰丙酮：1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1 g，效率(η)达到4.20%。染料吸附量最佳的配方为：CTAC:0.4 g，乙酰丙酮：1.2 mL,PVP:0.6 g,PEG 20000:1.5 g，吸光度为0.386。由此制得的TiO_2<...     

乙醇辅助低温水热法生长TiO2纳米棒阵列

本文采用乙醇作为添加剂，通过低温水热法在透明导电玻璃衬底上制备晶化良好的金红石相TiO₂纳米棒阵列。对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等结构形貌表征和光电化学性能测试。实验发现乙醇加入有利于前驱物水解缩聚反应，同时提高水热反应压力，促进TiO₂晶粒低温成核和生长，从而实现70℃直接在基底表面生长出TiO₂纳米棒阵列。通过调控水热反应温度、时间以及乙醇添加量等参数可有效调控TiO₂纳米棒阵列的形貌，改善其光电化学性能。同时低温水热制备工艺也降低了对衬底材料的限制，拓展了TiO₂纳米棒阵列的应用领域，表现出良好的应用前景。     

TiO2/GO/EP复合涂层的光电化学防腐蚀性能研究

通过水热法合成TiO₂/GO复合纳米材料，在Q235碳钢表面制备了一系列TiO₂/GO/EP复合涂层，并对复合材料进行结构表征，探究不同含量GO对复合涂层光电化学防腐性能的影响。结果表明：TiO₂/GO纳米复合材料在紫外光和可见光区域吸收强度有明显提升；不同配比的TiO₂/GO/EP复合涂层都具有光电响应和光致阴极保护效果，其中，TiO₂/GO/EP-3复合涂层的光电响应最明显，光电流密度为0.003 8 A/cm²，光电压降至-681 mV。在环氧树脂中添加纳米复合粒子后涂层的耐水性、耐碱性更优，耐酸性有所改善，硬度和附着力明显增大，可对Q235碳钢基体提供良好的涂层屏蔽保护和半导体光生阴极保护作用。     

三维分级结构二氧化钛纳米材料的可控合成与应用研究进展

由低维度纳米尺寸单元构建组成的三维分级结构纳米材料具有优异的物理和化学特性。三维分级结构对TiO₂纳米材料的光、电、化学等性质有着显著的优化作用,TiO₂作为一种重要的宽禁带半导体材料在光催化、电化学等领域得到了广泛的研究。本文综述了各种不同维度基本组成单元构建而成的三维分级TiO₂纳米材料的合成方法,不同的合成方法得到了由纳米线、纳米片、纳米棒以及二维结构组装而成的各种不同形貌的三维分级结构TiO₂纳米材料。同时还介绍了三维分级结构TiO₂纳米材料在染料敏化太阳能电池、锂离子电池和光催化等应用领域中的最新研究进展,并对其可控合成进行了展望。     

TiO2纳米管阵列的制备改性及应用研究进展

TiO₂纳米管阵列作为一种新型的三维立体纳米材料,因其大的比表面积及特殊的几何结构而受到了广泛的关注与研究。本文回顾了近年来阳极氧化法在Ti基底上原位生成TiO₂纳米管阵列所用电解液的发展趋势,介绍了TiO₂纳米管阵列的特性,如晶型结构、光学和电学特性以及催化活性,阐述了TiO₂纳米管阵列的金属离子掺杂、非金属离子掺杂、金属沉积、导电聚合物复合、半导体复合以及其他等多种改性手段,探讨了TiO₂纳米管阵列在光电催化降解污染物、光解水制氢、染料敏化太阳能电池和传感器以及其他多个领域的应用研究进展。最后,展望了TiO₂纳米管阵列的主要研究方向是对其形貌调控与表面改性等方面作进一步研究,以期为后续研究提供参考依据。     

载银TiO2/碳纳米管复合材料的制备及其催化杀菌性能

采用溶胶-凝胶法, 在450℃下煅烧制备载银TiO₂/碳纳米管纳米复合材料;采用XRD、SEM以及N₂吸脱附对样品的晶体结构及样品微观形貌进行表征;通过UV-vis漫反射光谱表征了复合材料对紫外可见光的吸收性能;以甲基橙为模型污染物, 评价了样品紫外光光催化降解甲基橙的活性, 以大肠杆菌和枯草芽孢杆菌为菌种, 采用抑菌圈法表征样品的杀菌性能。结果表明, 载银TiO₂/碳纳米管纳米复合材料比纯TiO₂纳米颗粒有更好的紫外光光催化活性, 其中掺碳纳米管(CNTs)1%(质量分数)的效果最好, 紫外光照射150min, 降解率达到76.5%;载银TiO₂/碳纳米管纳米复合材料比TiO₂纳米颗粒、Ag纳米粒子、CNTs(纯化处理后)的杀菌效果都要好很多, 其中掺CNTs 10%(质量分数)的样品的杀菌效果最好, 抑菌圈直径达到25.8mm。     

纳/微复合结构TiO2负载催化剂的加氢脱硫性能

以传统固相烧结法制备的不稳定的层状K₂Ti₂O₅为前驱体, 直接将钛酸钾晶须进行离子交换得到具有纳微复合结构的TiO₂载体, 等体积浸渍法制备出MoO₃/TiO₂催化剂, 运用SEM、XRD、BET、TEM等技术手段对载体和催化剂进行表征, 并考察了该TiO₂复合结构负载催化剂的加氢脱硫催化活性。SEM和XRD分析显示:该纳微米复合结构是由纳米颗粒与微米晶须构成的特殊结构, 拥有不同形貌和尺寸的TiO₂却具有相同的锐钛矿相。与单独TiO₂纳米粒子和TiO₂晶须相比, TiO₂复合结构负载催化剂表现出更佳的脱硫催化能力, 在温度310℃、压力2.1 MPa、体积空速6 h^-1、氢/油体积比600条件下, 催化剂表现出优异的DBT脱硫性能。     

多层纳米结构蓝色TiO2的电化学氧化性能和稳定性

蓝色TiO₂具有出色的电催化活性,被认为是降解有机污染物的最有潜力的阳极材料之一。然而蓝色TiO₂的电催化活性受表面形貌和界面性质的影响较大。本文采用冰水浴阳极氧化和阴极还原制备了由纳米颗粒、多孔层、纳米管阵列依次堆叠的多层纳米结构蓝色TiO₂,并探究了其电化学氧化性能。与无冰水浴辅助制备的相比,该方法制备的蓝色TiO₂具有更多的Ti³⁺含量、更大的活性面积和良好的电子传输能力,可有效降解亚甲基蓝（97.7%,120min,20mA/cm²）和实际废水（COD在180min内被完全去除）。自由基淬灭实验结果表明,添加Na₂SO₄能促进蓝色TiO₂产生羟基自由基和硫酸根自由基,而污染物的降解主要依赖于羟基自由基的氧化作用,硫酸根自由基仅在高Na₂SO₄浓度、低电流密度和高初始pH条件下有较大贡献。通过冰水浴阳极氧化制备的蓝色TiO₂的使用寿命是无冰水浴制备的2.4倍,表明这种多层纳米结构有利于提高蓝色TiO₂的稳定性。     

多壁碳纳米管对太阳能电池光阳极微裂纹的优化和性能的影响

在量子点敏化太阳能电池(QDSCs)中,多孔二氧化钛(TiO2)光阳极薄膜在烧结过程中会产生很多微小裂纹,影响电子传输,导致太阳能电池性能下降。利用多壁碳纳米管(MWCNTs)独特的管状结构和良好的导电性能来优化TiO2光阳极薄膜内部的微裂纹,探究了不同质量分数(0%、0.01%、0.05%、0.10%、0.50%)的MWCNTs对量子点敏化太阳能电池MWCNTs/TiO2复合光阳极性能的影响。对光阳极进行物相及微观形貌分析表明:加入适量的MWCNTs可以与TiO2纳米颗粒均匀混合,并且MWCNTs贯穿了光阳极薄膜表面的微裂纹。但是过多的MWCNTs会聚集成团,引入大量缺陷。采用连续离子层沉积法在以上的光阳极表面沉积硫化镉(Cd S)量子点和硫化锌(ZnS)量子点阻隔层,以硫化铜(Cu S)为对电极,多硫电解液为电解质组装电池试样,测量其伏安特性(J-V)曲线。结果表明:添加0.05%MWCNTs的TiO2光阳极电池的光电性能最优,其开路电压和短路电流密度分别可达0.65 V和11.51 mA/cm2,与未添加MWCNTs的光阳极电池相比,分别提高了16.1%和58.3%,其光电转化效率可达3.14%,提高了72.2%。     

二氧化钛包覆氧化锌纳米阵列光阳极的制备与性能

采用直流反应磁控溅射工艺,在ZnO纳米阵列的表面实现TiO2包覆,作为染料敏化太阳能电池光阳极,研究TiO2--ZnO核壳结构的形成机理和制备工艺对其光电性能的影响。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱分析仪表征光阳极材料的成分与结构。测试电池组件的伏安特性曲线、电压-时间曲线和电化学阻抗谱,分析TiO2包覆对电子传输性能和光电转换效率的影响机理。结果表明:磁控溅射制备的TiO2颗粒完整地包覆ZnO纳米阵列,使得纳米棒表面形貌由六棱柱向圆柱状转变,间隙变窄,直径较ZnO纳米阵列有所增加,阵列有序度得到改善。随着延长染料吸附时间和TiO2包覆,光阳极界面电子传输阻抗显著增加,光生电子的寿命也得到提高。经过包覆的光阳极能够作为阻挡层钝化表面缺陷,抑制复合的发生,从而提高开路电压和填充因子。经过包覆的光阳极其光电转换效率相对于纯ZnO纳米阵列提高了132%。     

纳米TiO2的溶胶凝胶合成及其光催化降解水面石油废料

通过在溶胶凝胶法中添加尿素作为燃料，成功调控合成锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂。相结构表征和官能团信息表征确认了锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂中不含其它杂质。经谢乐公式计算，锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂的平均晶粒尺寸分别为30.28 nm和35.86 nm。扫描电镜发现，细的球形颗粒为锐钛矿相TiO₂,细长的纳米棒为金红石相TiO₂,颗粒尺寸与谢乐公式计算的结果类似。光学性质表征发现，与纯金红石相TiO₂相比，锐钛矿/金红石相TiO₂具有可见光吸收能力，表明其有可见光光催化活性。以水面原油废料为目标降解产物，将P25 TiO₂、锐钛矿/金红石相TiO₂和纯金红石相TiO₂负载在漂珠上，在模拟太阳光和可见光辐照下进行光催化降解实验。结果表明，由于空穴、羟基自由基和...     

染料敏化太阳能电池中TiO2光阳极形貌研究进展

纳米TiO2具有合适的禁带宽度(3.2 eV)、良好的光电化学稳定性、价格低廉、易牢固吸附染料等优点,目前仍是应用于染料敏化太阳能电池(DSSC)主要的半导体材料。TiO2光阳极是DSSC的重要组成部分之一,其晶体的形貌与DSSC的光电性能密切相关。本文综述了应用于DSSC中不同形貌TiO2光阳极,重点探讨了常规TiO2光阳极形貌,如纳米粒子、纳米棒、纳米线、纳米管;对新型TiO2光阳极及复合光阳极的形貌也作了介绍。讨论了不同形貌TiO2光阳极的制备方法及其结构对DSSC光电性能的影响,提出TiO2光阳极今后的研究方向是将不同形貌光阳极进行复合或混合掺杂来提高电子传输速率、优化TiO2薄膜厚度、控制TiO2薄膜中晶体结构抑制电荷再结合、提高电荷传输效率。     

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。     

涂覆法制备高性能磺化聚醚砜混合基质膜

采用涂覆法将磺化聚醚砜（SPES（浓度为0.7%（质量（的铸膜液制备成膜，并使用钛酸四丁酯（TBT（和TiO₂纳米颗粒作为添加剂来对比改善膜性能。通过对纳滤膜的微观结构表征，以及膜对NaCl与染料的分离性能等方面来分析其性能。当钛酸四丁酯的含量为0.35%（质量（时，膜的通量从27.3 L·m^-2·h^-1提升至38.9 L·m^-2·h^-1，而截留率则有91.2%降至82.5%。与纯SPES膜相比，改性纳滤膜的平均孔径更大，由1.51 nm增大为2.28 nm。TBT改性膜表面有TiO₂纳米颗粒形成，而且随着TBT的浓度增大，颗粒逐渐增大，而直接添加TiO₂纳米颗粒的纳滤膜的表面呈现明显的团聚现象。使用钛酸四丁酯代替TiO₂纳米颗粒作为添加剂，在增加膜通量的同时也能降低纳米颗粒团聚而导致的膜缺陷。由钛酸四丁酯水解生成的正丁醇的致孔作用对膜的性能具有很大的影响。     

SnO_2/RGO复合光阳极的制备及其对染料敏化太阳能电池性能的影响

采用原位化学法合成不同质量比的SnO_2/还原氧化石墨烯(RGO)纳米复合材料,通过溶胶-凝胶法制得SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极。经N3染料浸渍,与Pt对电极,I~-/I_3~-电解质组装成染料敏化太阳能电池(DSSC)。对SnO_2/RGO纳米复合薄膜光阳极结构进行分析,通过伏安特性曲线分析了电池的光电性能。结果表明:石墨烯有利于提高SnO_2基DSSC的光电性能。当GO与SnCl_2·2H_2O的质量比为0.20时,电池的性能最优,短路电流密度(J(sc))和开路电压(U_(oc))分别达到15.56 mA/cm~2和0.56 V,光电转换效率为4.58%。并研究了SnO_2/RGO复合材料对光阳极的电子传输和光电转换效率的影响机制。     

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。     

WC/TiO2纳米复合材料晶相形成机理及电催化性能

以金红石相纳米TiO₂为载体,偏钨酸铵为钨源,采用表面修饰技术制备了纳米复合材料的前体,将前体在甲烷/氢气气氛下还原碳化并采用XRD对其进行表征,研究了还原碳化温度、时间对纳米复合材料晶相组成的影响,并探讨了WC/TiO₂纳米复合材料的形成机理。通过扫描电子显微镜、热重-差热分析等手段对WC/TiO₂纳米复合材料的形态结构和热稳定性进行了表征。采用循环伏安法研究了纳米复合材料物相组成与电催化性能之间的关系,结果表明由WC和TiO₂两相组成的WC/TiO₂纳米复合材料对对硝基苯酚电还原反应的电催化性能最佳。     

TiO2/FACs与TiO2/Mullite复合材料的制备及其光催化性能

分别以粉煤灰漂珠(简记为FACs)与海胆状莫来石球(简记为Mullite)为基体，采用溶胶浸渍工艺制备了TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite型复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及电子能谱(EDS)对制备的材料进行了表征。研究了TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite型复合材料在紫外光照射下对罗丹明B(RhB)的光催化性能。结果表明：经500℃煅烧后形成的锐钛矿型TiO₂均成功负载到粉煤灰漂珠与莫来石晶体上，在粉煤灰漂珠表面覆盖了一层厚薄不均的纳米级别的TiO₂薄膜，而在莫来石晶体上则出现了大量细小的TiO₂颗粒；在降解染料时间为180 min,TiO₂/FACs与TiO₂/Mullite复合材料对罗丹明B染料的降解率分别为84.8%和96.4%，降解速率为0.01088min^-1和0.02885 min^-1。