纳米晶体TiO2的加工及其控制结晶

作为结构材料,晶粒度小于100nm的纳米晶体陶瓷显示出大有希望的前途;因此,人们都在致力于研究和改善能够批量生产纳米晶体氧化物粉末的化学沉淀技术。业已发现,在运用加水分解醇盐的方法生产纳米晶体二氧化钛(TiO_2)的特定情况下,乙醇剩余物只轻微地影响凝聚作用。 事实表明,利用钛醇盐加水分解工艺而合成TiO_2产生了一系列的钛基化合物,特殊的氧醇盐产物取决于在反应过程中存在的水与醇盐克分子比,Ti(OC_3H_7)_4转化成为TiO_2的全部反应过程是:     

原位铬掺杂氧化铝纳米棒的水热合成（英文）

以Al(NO_3)_3·9H_2O、Cr(NO_3)_3·9H_2O和尿素为原料,PEG-20000为表面活性剂,采用水热法合成了铬掺杂碳酸铝铵纳米棒,经1200℃煅烧后,成功制备原位铬掺杂氧化铝纳米棒。利用XRD、SEM和FTIR对产物晶相组成、结构和形貌进行了表征,采用UV-Vis光谱和全自动测色色差计对产物的呈色性能进行测试。结果表明:铬掺杂碳酸铝铵纳米棒经1200℃煅烧后,实现了铬在氧化铝基体中的原位掺杂,两者形成了完全固溶体,固溶体晶体结构为刚玉型。随着铬掺杂量的增加,所制备的碳酸铝铵纳米棒长度变短,煅烧后的产物出现熔融现象。样品的紫外可见吸收光谱结果表明,制备的铬掺杂氧化铝基纳米粉体分别在372,406,562 nm存在较强的吸收峰,因而样品会呈现淡红色,这与全自动测色色差计测得的色度值相一致。利用水热合成原位铬掺杂氧化铝纳米棒提高了铬与氧化铝的混合均匀度,在较低温度下生成了刚玉相,有助于刚玉型耐火材料、刚玉磨料和铬铝红颜料的制备与应用。     

水热法制备新型TiO_2薄膜及其机理

用酞酸丁酯和盐酸通过两步水热法制备了一种新型双层Ti O2薄膜。其水热过程包括生长过程和刻蚀过程。在生长过程制备了一种上层为纳米棒团簇,下层为纳米棒阵列的双层结构。在随后的刻蚀过程中,上层的纳米棒团簇转变为纳米管团簇,下层的纳米棒阵列转变为直径在20~25 nm的纳米线阵列。刻蚀过程上下两层出现不同形貌的主要原因为金红石相Ti O2的各向异性以及纳米棒外壁和内部的不同界面能。新型薄膜作为染料敏化太阳能电池的光阳极时能量转换效率高。     

TiO_2纳米棒复合材料的制备及生长过程研究

采用乙醇/水混合溶剂热法,制备以粉煤灰空心微球为基底的TiO_2纳米棒复合材料,研究了不同制备条件下纳米棒的形貌特点,分析其生长过程。结果表明:TiO_2纳米棒为金红石相,其形貌和尺寸与乙醇溶剂、钛源浓度、反应时间密切相关,适量的乙醇溶剂,使纳米棒结晶效果变好,四方棒状形貌明显,随着钛源浓度和反应时间的增加,TiO_2纳米棒尺寸增大;TiO_2纳米棒复合材料对罗丹明B具有较好的光催化降解效果。     

ZnO水热膜的形貌调控及光电性能

在硝酸锌/(NH_2)_6N_4(HMTA)溶液体系中加入浓氨水及氯化铜,采用水热法制备Cu掺杂的ZnO薄膜。研究发现,氨水和Cu~(2+)离子均可抑制ZnO纳米棒的横向生长,促进纳米棒沿c轴取向生长,增加长径比,但并未发现Cu进入ZnO晶格中。ZnO水热阵列膜的形貌可以通过同时掺杂Cu2+和加入浓氨水来改变。Cu~(2+)离子和氨水共掺杂容易导致ZnO纳米棒的弯曲及纳米棒端头的聚集,形成由纳米棒团簇组成的星星状薄膜表面。PL谱显示,该结构具有较大的氧空位缺陷浓度及比表面积,并具有一定的场发射特性,场增强因子β为5990。     

TiO_2/多孔g-C_3N_4纳米复合材料制备及性能研究

以硫酸钛为钛源,采用水热法成功制备了TiO_2纳米颗粒均匀负载于多孔g-C3N4表面的复合光催化材料。利用X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),紫外-可见漫反射(DRS)和荧光光谱(PL)等手段对样品进行表征,并以甲基橙为目标分解物考察了样品的可见光催化活性。结果表明:质子化作用是形成多孔结构的主要原因,且多孔性与Ti(SO4)2浓度高度相关。多孔结构的产生显著提高了复合材料对甲基橙的吸附能力。另一方面,TiO_2在g-C3N4表面原位形核生长,形成纳米结,光生电子-空穴对可通过纳米结有效分离,从而提高复合材料量子效率,增强光催化活性。不过,负载TiO_2后,复合材料的可见光响应特性有所降低。综合来看,当TiO_2与g-C3N4摩尔比为1/3时,所得复合材料光催化活性最强,降解甲基橙的一级反应速率常数为单一g-C3N4的11.1倍。     

无模板剂的溶胶-水热法合成具有可见光响应的氮掺杂混晶TiO_2(锐钛矿/金红石/板钛矿)纳米棒束（英文）

采用无模板剂的溶胶-水热法制备了具有可见光响应的N掺杂锐钛矿/金红石/板钛矿型TiO_2(N-TiO_2)纳米棒束,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对获得的样品进行了表征。以甲基橙为模型反应物,评价了N-TiO_2纳米棒束的光催化活性。表征结果结合光催化活性评价结果显示,与P25-TiO_2相比,N掺杂、混晶及纳米棒束之间的协同作用是所制备的混晶N-TiO_2纳米棒束具有良好光催化活性的主要原因,并对混晶N-TiO_2纳米棒束光催化降解甲基橙的机理进行了探讨。     

无模板剂的溶胶-水热法合成具有可见光响应的氮掺杂混晶 TiO2(锐钛矿/金红石/板钛矿)纳米棒束

采用无模板剂的溶胶-水热法制备了具有可见光响应的N掺杂锐钛矿/金红石/板钛矿型TiO_2(N-TiO_2)纳米棒束,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、紫外-可见光漫反射光谱(UV-Vis DRS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对获得的样品进行了表征。以甲基橙为模型反应物,评价了N-TiO_2纳米棒束的光催化活性。表征结果结合光催化活性评价结果显示,与P25-TiO_2相比,N掺杂、混晶及纳米棒束之间的协同作用是所制备的混晶N-TiO_2纳米棒束具有良好光催化活性的主要原因,并对混晶N-TiO_2纳米棒束光催化降解甲基橙的机理进行了探讨。     

NiMoO_4纳米颗粒的溶胶-凝胶法合成及其组织、形貌、光学、磁学和光催化性能（英文）

采用溶胶-凝胶法合成钼酸镍(NiMoO_4)纳米颗粒。以水作为溶剂使所得产品具有纳米晶结构。使用X射线衍射、能量分散X射线分析(EDX)和傅里叶转换红外光谱等手段对纳米晶进行结构表征。使用扫描电镜和透射电镜对纳米晶颗粒的尺寸大小和形貌进行观察。结果表明,所得纳米颗粒和纯度较高,为单相单斜结构。采用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)和光致发光测量法研究室温下产品的光学性能。采用振动样品磁强计(VSM)研究样品的磁性能。结果显示,所得样品具有超顺磁行为。考察了NiMnO_4样品的光催化活性。结果显示,添加TiO_2能提高NiMnO_4的光催化活性。测定了催化剂NiMnO_4、TiO_2和NiMoO_4-TiO_2纳米颗粒对4-氯酚(4-CP)的光催化降解行为。光催化降解结果显示,NiMoO_4-TiO_2纳米颗粒的光催化降解效率高于NiMnO_4和TiO_2的。     

电泳沉积ZnO薄膜的制备和表征（英文）

采用电泳沉积,在ITO玻璃基片上制备了多孔纳米晶片组成的网状ZnO薄膜。研究了工艺参数如电流密度和沉积时间对ZnC)前躯体薄膜的表面形貌和相组成的影响。结果表明,纳米片在低电流密度下水平覆盖在基片上,而在高电流密度下则垂直于基片排列形成均匀分布的网状膜。基于纳米片表面上电荷的分布提出了可能的形成机理。由于一些纳米片的聚集,增加沉积时间有助于花状微米球的形成。从胶体悬浮液中所沉积的薄膜主要由ZnO和Zn_4C3(OH)_6H_2O相组成,热处理后薄膜中的Zn_4C3(OH)_6H_2O相完全转变成ZnO。多孔纳米片的形成是由于Zn_4C3(OH)_6H_2O相分解释放了水和CO_2。热处理加强了ZnO薄膜的微纳米层级结构。     

二氧化钛纳米粉体的可控水热合成研究

采用TiCl_4为原料,用水热法合成了二氧化钛纳米粉体,讨论了水热反应条件对二氧化钛粉体结构和微观形貌的影响.结果表明:在0.5～1.0 mol/L TiCl_4, 130～190 ℃, 3～9 h的水热条件下,合成的TiO_2纳米粉体属于金红石相;TiO_2的形貌和尺寸与原料浓度、反应时间和反应温度密切相关,随着原料浓度的增加、反应温度的升高以及反应时间的延长,TiO_2形貌由球形纳米粒子向纳米棒转变,其尺寸也随之增大.     

TiO_2纳米棒阵列的水热法制备及表征

采用水热法在玻璃基片上制备了TiO_2纳米棒阵列,系统研究了制备条件对阵列形貌的影响,分析了其生长过程及生长机理.利用XRD、FE-SEM、TEM对制备样品进行了分析及表征,并测试了它的光催化性能.结果表明:TiO_2纳米棒为金红石单晶结构,TiO_2晶核在基片活性位点快速成核并沿[001]方向生长成纳米棒,前驱液浓度增加,TiO_2纳米棒密度及尺寸都增大,水热温度升高,结晶发育程度变好,四方棒状形貌越明显,TiO_2纳米棒阵列对甲基兰具有较好的降解效果.     

以Ti(OBu)_4为钛源、三聚氰胺为氮源通过溶胶-凝胶法制备高活性光催化剂TiO_2/g-C_3N_4（英文）

以Ti(OBu)_4为钛源、三聚氰胺为氮源,通过溶胶-凝胶和高温煅烧两步法制备了高活性可见光光催化剂TiO_2/g-C_3N_4。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-vis diffuse reflectance spectra)等手段对其进行了表征。结果表明:TiO_2镶嵌在石墨相的g-C_3N_4中,并与g-C_3N_4构成TiO_2/g-C_3N_4复合材料。由于TiO_2与g-C_3N_4的协同作用,扩大了TiO_2/g-C_3N_4的可见光吸收范围和强度,因而具有很好的可见光光催化性能。     

FTO/TiO_2复合薄膜的自洁净和低辐射性能研究（英文）

用溶胶-凝胶法在FTO(SnO_2:F)低辐射(low-e)镀膜玻璃衬底上旋涂制备TiO_2薄膜,获得FTO/TiO_2双层结构复合薄膜,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光谱(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段分析样品。结果表明,当TiO_2薄膜的厚度为210nm左右时,FTO/TiO_2复合薄膜具有最佳的光催化活性。FTO/TiO_2复合薄膜与水滴的接触角随着紫外线照射时间的增加逐渐降低,表明复合薄膜在紫外线照射后具有较好的亲水性。TiO_2薄膜对FTO基底起到保护作用,热处理后的复合薄膜仍具有较好的低辐射性能。当FTO/TiO_2复合薄膜的TiO_2层厚度为210nm时,复合薄膜同时具有较好的自清洁性能和低辐射性能。     

Ti(Cu,Pt)_2和Ti(Cu,Pt)_3相的晶体结构和弹性性能（英文）

利用X射线粉末衍射数据结合Rietveld结构精修方法研究并确定两个新三元相Ti(Cu,Pt)_2和Ti(Cu,Pt)_3的晶体结构。使用电子探针(EPMA)检测样品的成分,同时结合纳米压痕技术和第一性原理计算对其弹性性能进行研究。研究发现,Ti(Cu,Pt)_2的空间群为Amm2(No.38),与VAu_2有着相同的结构类型。Ti(Cu,Pt)_3的结构为四方晶系的AlPt_3结构类型,属于P4/mmm空间群(No.123)。纳米压痕测量和第一性原理计算表明,Ti(Cu,Pt)_2的弹性模量随Pt含量的增加先增大,然后减小;而Ti(Cu,Pt)_3的弹性模量随Pt含量的增加几乎呈线性增加。     

掺银二氧化钛薄膜的制备及其性能

采用四氯化钛水解法制备了一系列不同Ag掺杂量的纳米Ag-TiO_2复合薄膜,运用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见(UV-Vis)光谱、光致发光(PL)谱、可见光透过(T%)光谱等手段对Ag-TiO_2进行了表征,采用接触角测量仪考察了Ag含量对TiO_2薄膜亲水性的影响,并以8W(λ=254nm)的UV灯作为光源,评价了各薄膜光催化降解亚甲基蓝的活性。UV-Vis测试结果表明,Ag的掺杂使TiO_2吸收边发生红移,有效增强可见光的吸收能力。PL测试结果表明,Ag能显著抑制光生电子(e-)和空穴(h+)的复合。T%光谱测试结果表明,Ag掺杂不影响TiO_2薄膜的可见光透过率。Ag的存在大幅度提高了TiO_2薄膜的亲水性以及对亚甲基蓝的光催化降解活性,当掺杂Ag的质量分数为1%时,TiO_2薄膜与水的接触角几乎为0°,同时可使TiO_2薄膜的光催化活性提高约1.5倍。     

掺Nb浓度对溶胶凝胶法制备TiO_2薄膜透明导电性的影响（英文）

采用溶胶凝胶(sol-gel)法制备出不同Nb掺杂浓度的Nb:TiO_2薄膜,再经过后续H2退火提高结晶性能。用X射线衍射(XRD),X射线光电子谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM),霍尔仪和紫外可见分光光度计检测分析样品的形貌和性能,其中包括结晶性能、元素价态、电学性能和透过率。结果显示,掺Nb的TiO_2薄膜的导电率随Nb浓度的增加而降低,当掺Nb浓度为8%时,样品具有最优异的性能,其方块电阻可以达到约4.2×104?/□,透过率高达70%左右。     

原子层沉积制备二氧化钛薄膜及其光催化性能

采用原子层沉积方法在K9玻璃上制备出TiO_2薄膜,利用XRD、SEM、AFM、分光光度计和紫外-可见光谱仪表征了不同沉积温度下薄膜的物相结构、光学性能和光催化性能。结果表明:25和120℃下制备的TiO_2薄膜为无定形态结构,210和300℃下可获得锐钛矿结构;随着沉积温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,表面粗糙度增加,透射率降低,光催化性能增强;300℃下制备的TiO_2薄膜(2mm×2mm)经24h的紫外-可见光照射,对甲基橙溶液的降解率可达98.97%,通过平铺方式增加样品的表面积可显著提高对甲基橙溶液的降解率。     

Co_(0.8)Zn_(0.2)Fe_2O_4及其磁电复合薄膜的制备与表征

采用溶胶-凝胶法制备Zn2+取代钴铁氧体Co0.8Zn0.2Fe2O4及Co0.8Zn0.2Fe2O4/(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3磁电复合薄膜(CZFO/BCZT)。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),拉曼光谱仪及振动样品磁强计(VSM)等对样品进行表征。研究表明,沉积在Pt(111)/Ti/SiO2/Si衬底上的CZFO薄膜为多晶结构,无明显择优取向,处于压应变状态。磁场平行于CZFO薄膜表面的饱和磁化强度和矫顽力分别为405emu/cm3和780×79.577A/m,其矫顽力高于CZFO粉体样品。制备的磁电复合薄膜结晶质量良好,多层纳米结构清晰完整。     

Zn1-xCoxO纳米稀磁半导体的光催化性能

通过水热法合成了不同掺杂比例的一维Zn1-xCoxO(x=0,0.03,0.06和0.09)纳米棒,并通过X射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外可见光吸收光谱(UV-vis)和振动样品磁强计(VSM)等研究了样品的晶体结构、形貌、磁性能、光吸收性能和光催化性能。结果表明:不同掺杂比例的Zn1-xCoxO均为结晶良好的六方纤锌矿结构,Co2+以替代Zn2+的形式进入到ZnO晶格中。样品形貌为一维纳米棒状结构,分散性良好。Co掺杂ZnO使得样品的能带隙减小,可见光吸收增加。掺杂样品在室温下具有明显的铁磁性,掺杂样品能增强降解有机染料罗丹明B(RhB)的光催化活性。