高长径比TiO2纳米管阵列的调控制备及其光阳极性能

采用较高粘度的有机溶液作为阳极氧化电解质溶剂制备了TiO₂纳米管阵列. 通过探讨阳极氧化工艺参数对纳米管形貌的影响, 研究出高长径比TiO₂纳米管阵列的制备工艺, 同时对TiO₂纳米管作为染料敏化太阳能电池光阳极的光电性能进行了测试, 并讨论了TiO₂纳米管的形貌对电池性能的影响. 结果表明：提高氧化电压和延长时间有利于获得高长径比纳米管, 在含0.5wt%NH₄F乙二醇电解质中50V氧化17h可制备出长径比为313.6的TiO₂纳米管阵列. TiO₂纳米管(在含0.5wt%NH4F乙二醇电解质中40V氧化13h)作为染料敏化太阳能电池光阳极可得到开路电压为0.723V、短路电流为2.15mA/cm²的光电性能.     

TiO2纳米管阵列薄膜光电协同降解亚甲基蓝的研究

使用阳极氧化法制备了TiO₂/Ti纳米管阵列薄膜材料. TiO₂纳米管管孔分布均匀,管径约为80~90nm,平均管长约为1.8μm. 在400℃下煅烧2h后,TiO₂纳米管阵列为锐钛矿型,并且结构保持良好,没有出现变形、剥落的现象. 以TiO₂/Ti纳米管阵列薄膜材料为光催化剂,同时施加0~+3.0V范围内变化的电场,考察了外加电压对降解亚甲基蓝光电协同效率的影响. 结果表明在外加+1.4V电压的条件下,光电协同效率达到124%. TiO₂纳米管阵列与基底Ti板结合牢固,多次重复使用后没有发现降解率的明显变化.     

电解液性质对TiO2纳米管阵列形貌及生长机理的影响

采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备出了结构整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 主要研究了电解液的性质、浓度以及氧化时间对TiO₂纳米管阵列形貌的影响, 并对不同电解液中TiO₂纳米管阵列的形成机理进行了初步探讨. 结果表明：在不同浓度的HF酸电解液中均可制备出规则、均匀的TiO₂纳米管阵列, 管径均匀, 表面平整, 但是纳米管的长度均较短, 约为300～350nm. 在高浓度HF电解液中, 同时获得了规则的纳米管阵列和纳米棒阵列. 在0.5wt% NaF和1mol/L Na₂SO₄中性电解液中也可以制备出表面光洁、排列整齐有序的TiO₂纳米管阵列, 纳米管长度明显长于HF酸电解液中获得的纳米管阵列, 达到了700nm, 但是阵列的表面平整度较差. 在乙二醇+0.6wt% NH₄F+2vol% H₂O有机电解液体系中可以制得超长的TiO₂纳米管阵列, 管径在150nm左右, 管长可达6μm.     

高度有序钛基体阳极氧化钛纳米管阵列的制备与表征

室温下在NH₄F、乙二醇的混合溶液中采用阳极氧化法在纯Ti片表面组装一层结构高度有序且表面光滑的TiO₂纳米管阵列．对TiO₂纳米管阵列进行扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)检测; 且检测了TiO₂纳米管(锐钛矿型)在锂离子电池和光催化降解甲基橙等应用性能．结果表明, 制备得到了高密度排列的TiO₂纳米管阵列; TiO₂纳米管在锂离子的脱嵌过程中表现出较好的可逆性质. 溶液中加入H₂O₂可以提高TiO₂纳米管光降解催化活性．     

硫化亚锡敏化纳晶TiO2膜的制备及光电性能研究

采用简单的离子交换沉积法制备了SnS敏化的纳晶TiO₂光阳极。通过SEM、XRD、UV-Vis等手段对光阳极的表面形貌, 晶态结构, 紫外-可见吸收和散射性能进行表征。并分别以聚苯胺和铂为催化剂制备对电极, 以含碘氧化还原电对和硫氧化还原电对溶液为电解质, 组装SnS敏化太阳能电池, 对其光电性能进行研究。通过比较不同光阳极、电解质和对电极的组合, 发现用光阳极为离子交换沉积9次SnS的纳晶TiO₂膜, 对电极为聚苯胺不锈钢网压片膜, 电解质为含硫氧化还原电对溶液组装的太阳能电池光电性能最佳, 其短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率分别达到4.59 mA/cm²、0.547 V、0.505和1.27%。     

ZnO/TiO2纳米管晶膜电极的制备及光电性能

采用水热法制备了ZnO纳米棒,以ZnO纳米棒为原料制备出ZnO/TiO2纳米管晶膜电极并应用于染料敏化太阳能电池.用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、X射线能谱仪(EDX)和N2吸脱附分析等研究了样品的结构、表面形貌和化学组成,并通过紫外可见光度计和电化学工作站探讨了煅烧温度在80~600℃范围内ZnO/TiO2纳米管电极的光电化学性能.此外,研究经TiCl4化学处理的ZnO/TiO2纳米管电极光电性能的改善情况.结果表明,600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管电极制备的染料敏化太阳能电池表现出较优的光电性能,其短路电流密度(Jsc)为2.28 mA/cm2,开路电压(Voc)为0.631 V,光电转换效率η为0.66%.600℃煅烧的ZnO/TiO2纳米管经TiCl4处理后的染料敏化太阳能电池的光电性能得到显著改善,其光电转换效率η提高到1.06%.     

TiO_2纳米管的制备及光电性能研究

以NH4F-乙二醇为电解液阳极氧化制备Ti基TiO2纳米管,利用扫描电镜(SEM)图像分析TiO2纳米管阵列的退火前后的形貌结构变化,研究退火温度对TiO2纳米管光电性能的影响。分别用CdS、曙红对TiO2纳米管进行敏化,并研究了其敏化后的光电性能和电极稳定性。结果表明:退火并未改变TiO2纳米管结构,经CdS敏化后的TiO2纳米管光电性能最好,且电极稳定性也较好。     

TiO2/CuInS2复合纳米棒阵列的制备及其光电性能

采用两步溶剂热法在氧化氟锡(FTO)导电玻璃基底上制备了CuInS2敏化TiO2纳米棒阵列复合薄膜光阳极.利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)表征了复合阵列薄膜的晶体结构和表面形貌,同时采用紫外可见吸收分光光度计(UV-Vis)及光电流电压(I-V)曲线研究了CuInS2敏化TiO2纳米阵列薄膜的光学及光电化学性质.研究结果表明,TiO2纳米棒阵列薄膜被CuInS2敏化后在可见光区的吸收有明显的增强.在模拟太阳光照射下(100 mW/cm2),利用这种复合薄膜作为光阳极组装的量子点敏化太阳能电池的开路电压为0.29 V,短路电流密度为0.15 mA/cm2,具有一定的光电转换能力.     

TiO_2纳米管阵列电极染料敏化太阳能电池

采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。利用SEM、XRD分别对TiO2纳米管阵列的形貌、晶型进行了表征,并通过线性扫描伏安法对N719染料敏化纳米管阵列电极的光电性能进行了研究。实验结果表明,纳米管阵列的管径和长度随着阳极氧化电压的升高和氧化时间的延长都分别相应增加。同时还发现,通过450℃热处理的TiO2纳米管阵列,具有较好的锐钛矿晶型结构,其光电转化效率为2.1%。     

鸭跖草色素敏化TiO_2纳米管太阳能电池的研究

以高度有序TiO2纳米管阵列作为光阳极,鸭跖草色素作为敏化剂制备了天然染料敏化太阳能电池。阳极氧化6h制备的TiO2纳米管作为电极的电池的光电转换效率约达0.52%,短路电流为1.53mA/cm2。比较不同管长TiO2纳米管阵列对电池的光电性能的影响。利用紫外-可见光光谱仪研究鸭跖草色素的光吸收性能。利用电化学阻抗谱分析电池的界面阻抗。研究表明适当提高TiO2纳米管长度可以有效提高天然染料敏化太阳能电池的光电性能。     

Electrochemical fabrication of titania nanotube arrays with tunning nature of dimethyl sulfoxide and its application for hydrogen sensing

In the present work, tuning effects of dimethyl sulphoxide (DMSO) on the length, wall thickness, dimension and morphology of titania nanotube arrays fabricated by anodization was investigated. DMSO presented in both ethylene glycol and glycerol electrolytes provided excellent tunability in length, wall thickness and diameter of the produced TiO2 nanotube arrays by systematically varying the DMSO concentration. At the DMSO concentration of 12 wt% in ethylene glycol, the nanotube length could be up to 13.0 microm at 20 V for 8 h anodization. The TiO2 nanotube arrays produced in DMSO containing ethylene glycol or glycerol electrolytes displayed a high sensitivity to hydrogen at room temperature compared to the absence of DMSO. The further enhancement of resistance response could be achieved by coating a Pt and Pd layer on the surface of TiO2 nanotube-arrays. The presented work provided a simple way to control formation of TiO2 nanotube arrays through the tuning effects of DMSO in ethylene glycol or glycerol electrolytes.     

载铂TiO2纳米管的制备与表征

对在TiO₂纳米管表面上沉积铂进行了研究.HRTEM、XPS结果表明:第一步沉积在粉末TiO₂表面上的铂粒为纳米尺寸,系由PtO₂和Pt(OH)₂组成;第二步制成纳米管后,铂粒在纳米管外表面分布均匀.为下一步以TiO₂纳米管作为催化剂载体的研究奠定了基础.     

Vertically Oriented Titania Nanotubes Prepared by Anodic Oxidation on Si Substrates

Vertically oriented titania nanotube arrays were fabricated by anodization of titanium film deposited on silicon substrates under different processing conditions. The anodic formation of nanoporous titania on silicon substrate was investigated in aqueous solutions mixed with highly corrosive Na₂SO₄/NaF/citric acid. In the result of the anodization of titanium film deposited at room temperature, a very thin layer of ~70 nm having a worm-like structure was grown on the top of the porous layer. But, in the case of titanium film deposited at 500deg, vertically oriented TiO₂ nanotube arrays were formed. The average tube outer diameter of the nanotube was 74 nm to 100 nm. The longest nanotube of 681 mum was obtained at 15 V and 30 min. The current density transient curve recorded during anodization under a constant voltage showed a typical behavior for self-organized pore formation.     

Fabrication of highly ordered TiO2 nanotube arrays via anodization of Ti-6Al-4V alloy sheet

Uniform and highly ordered TiO2 nanotube arrays were fabricated by the electrochemical anodic oxidation on Ti-6Al-4V surface, using graphite plate as cathode and ethylene glycol (EG) with addition of a certain amount of H2O and NH4F as electrolyte, and the anodization voltage went up to a presetting voltage by stepwise increment. The morphology, structure and composition of TiO2 nanotube arrays were characterized by SEM, EDS, XRD and XPS. The formation process of TiO2 nanotubes was introduced in brief. The experiments were arranged by an orthogonal experiment method and the experimental results showed that the formation of TiO2 nanotube arrays was influenced by not only each factor (F- content, H2O content, external voltage and duration), but also cross correlation among the four factors. The optimal condition was F- content 0.2 wt%, H2O content 4 vol%, external voltage 40 V and duration 1 h in the studied electrochemical system, and the length of obtained nanotubes was 1.5 microm, the outer diameter was approximately 100 nm and the aspect ratio was 15. As-formed nanotube arrays were amorphous and changed to anatase TiO2 after annealed at 500 degrees C for 2 h in air ambience. XPS survey spectra revealed the surface of as-formed nanotube arrays containing Ti, O, C, F and N. The nanotube arrays on Ti-6Al-4V surface with better thermo-stability and crystallinity would have great potential in biomaterials.     

介孔复合半导体NiO-TiO2的制备与光响应性能

采用模板剂法制备了系列NiO-TiO₂复合半导体,用N₂吸附-脱附、XRD、TPR、TEM和UV-Vis DRS等方法对半导体材料的孔结构、表面构造、能带结构与其吸光特性进行了分析. 结果表明：所制备的NiO-TiO₂为介孔结构的纳米管或带,其比表面积超过100m²/g;NiO在TiO₂表面分散均匀,并部分形成NiTiO₃固熔体;NiO与TiO₂间存在明显的复合效应,当NiO含量由2%增加至10%时,其Eg值由3.82eV降至3.49eV,有效地拓展了光响应范围.     

纳米TiO2/Sb2O5涂层的光生阴极保护研究

采用溶胶凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层. 用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征. 采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性. 结果表明,所制备的纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层表面连续、均匀、致密;XRD分析表明纳米TiO₂为锐钛矿型;XPS分析表明纳米涂层表面与内层均由Ti、Sb、O、C四种元素组成;稳定电位与极化曲线测试表明,在3%NaCl溶液中,纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层的光电化学性能低于纯纳米TiO₂涂层,但纳米TiO₂/Sb₂O₅涂层经紫外光照1h,停止紫外光照后的延时阴极保护作用可达4h. 通过研究分析,提出了一种新的纳米叠层涂层光生阴极保护作用机理.     

负载TiO2的硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能研究

硅藻土是一种天然生物成因的SiO₂. 采用硅藻土做载体,用溶胶-凝胶法制备TiO₂/硅藻土复合光催化剂,TiO₂呈薄膜状负载在硅藻土上,部分团聚成颗粒状. 在紫外光条件下负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝具有良好的光催化降解性能,36h后对亚甲基蓝的脱除率为90％, 48h达到98％, 降解效果好. 纯硅藻土48h后对亚甲基蓝的脱除率仅为35％左右. 负载TiO₂硅藻土对亚甲基蓝的光降解性能受TiO₂的同质多像结构影响. 随着锐钛矿含量增加, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能增强. 但是, 当温度进一步升高, TiO₂由锐钛矿型转化为金红石型, 负载TiO₂硅藻土的光降解性能随之降低. 添加H₂O₂明显提高亚甲基蓝溶液的降解效果.