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。     

强磁靶共溅射法制备具有室温磁电阻特性的Co-TiO2纳米复合薄膜

Co-TiO₂纳米复合薄膜作为一种新型自旋电子材料, 由于具有良好的生物相容性, 近年来受到广泛关注。但在制备过程中, 磁性金属Co处于氧化气氛, 容易部分氧化, 从而影响薄膜的隧道磁电阻性能。为了抑制磁性金属的氧化, 提高金属态含量, 本研究通过强磁靶共溅射法制备了Co-TiO₂纳米复合薄膜。该方法采用的强磁靶头, 磁场强度高、分布均匀, 可以提高溅射粒子的能量和溅射速率, 降低因高能粒子碰撞而发生氧化的概率。因此强磁靶共溅射法能明显抑制金属Co的氧化, 提高纳米复合薄膜的自旋极化率。所制备的Co-TiO₂纳米复合薄膜主要由非晶态的TiO₂基体和分散其中的Co颗粒组成。通过调节金属Co颗粒尺寸和分布状态, 在电学上实现了金属态向绝缘态转变, 在磁学上实现了铁磁性向超顺磁性转变。Co含量为51.3at%时, Co-TiO₂纳米复合薄膜表现为高金属态和高电阻率, 并且实现了高达8.25%的室温隧道磁电阻。强磁靶共溅射法使Co-TiO₂纳米复合薄膜的室温磁电阻性能得到了进一步提高, 这对于磁性金属—氧化物纳米复合薄膜的研究有着重要的意义。     

二氧化钛纳米棒的制备及其晶体生长机理分析

采用溶剂热法合成具有高结晶性与单分散性的TiO₂纳米棒. 采用TEM、XRD、HRTEM等对样品的微观结构进行表征, 并考察了TiO₂纳米棒对亚甲基蓝的光催化性能. 通过控制反应时间、反应温度, 研究纳米棒的形貌演变规律.结果表明, 可以通过“奥斯特瓦尔德熟化”和“取向接触”两种晶体生长过程制备出棒状TiO₂纳米晶, 降低纳米晶的表面能是晶体生长与形貌演变的主要驱动力; 高结晶性的TiO₂纳米棒具有高于P25的光催化能力.     

锐钛矿型TiO2纳米棒薄膜的溶胶-凝胶法制备研究

以钛酸丁酯Ti（OC₄H₉）₄、冰醋酸、去离子水和聚乙二醇（PEG）1000为原料,采用溶胶-凝胶法和旋转涂膜工艺,在玻璃衬底上制备出锐钛矿型TiO₂纳米棒。利用X射线衍射仪（XRD）、SEM和紫外可见光谱（UV/Vis）对TiO₂纳米棒薄膜进行了表征。结果表明,实验制备的TiO₂纳米棒为锐钛矿晶型,在TiO₂反应体系中,胶体粒子在加热过程中偶联在一起,1h后形成了TiO₂纳米棒,其直径为30～50nm,长度为100～200nm。同时,在42mL钛的胶体溶液中添加0.30g PEG（1000）后,纳米TiO₂薄膜的可见光透射峰值降低,TiO₂薄膜表面孔径为20～50nm。     

Ag/TiO2纳米粒子的制备及其光催化降解苯酚的性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子,采用涂覆法制备了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品。使用XRD、SEM和拉曼光谱等手段,对TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子进行了晶格结构和表面形貌研究;通过UV-Vis,研究了TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子光催化剂基板样品在光催化反应器中对苯酚的光催化降解性能。结果表明,制备的TiO₂和Ag/TiO₂纳米粒子均为纯净的金红石相,二者表面形貌并没有明显区别,Ag单质粒子成功负载在TiO₂纳米材料上;Ag单质粒子的负载,明显增强了TiO₂纳米粒子对可见光的吸收,且Ag/TiO₂纳米粒子薄膜对苯酚的光催化降解性能明显优于TiO₂纳米粒子薄膜;在光催化降解1 h后,TiO₂纳米粒子薄膜仅催化降解了溶液中30%(质量分数)的苯酚,且光催化降解出现了饱和趋势,而Ag/TiO₂纳米粒子薄膜可催化降解溶液中50%(质量分数)的苯酚,且在光催化降解3 h后,仍未出现饱和趋势。     

油酸修饰TiO2纳米棒的溶剂热合成及形貌调控研究

采用溶剂热法在两种不同反应体系中制备TiO₂ 纳米棒, 采用X射线粉末衍射法(XRD)、透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)和热重分析(TG)对产物的结构、形貌和表面修饰状态进行表征。结果表明, 表面修饰和结晶过程是影响TiO₂ 纳米棒形貌的主要因素, 在无水反应体系中, 当钛盐与油酸配比为1︰10时所制TiO₂ 纳米棒的长径比可达11.5, 是相同配比水解反应体系产物的2.3倍。这一方面是因为油酸在TiO₂表面的选择性吸附促使晶粒沿一维方向生长, 增加其用量提高了纳米棒的长径比; 另一方面, 无水体系反应速率较水解体系缓慢, 有利于晶粒的充分生长和纳米棒之间的“定向附着”, 显著增大了纳米棒的长径比。所得最佳长径比TiO₂ 纳米棒对变压器油的正冲击击穿强度显示出良好的改性作用。     

石墨烯无溶剂纳米流体的制备及其在防腐导热涂料中的应用

通过在氧化石墨烯(GO)表面沉积Fe₃O₄纳米粒子制备得到GO@Fe₃O₄复合纳米粒子,再进一步通过表面接枝KH560-M2070,成功制备出石墨烯无溶剂纳米流体,从而改善石墨烯类材料在环氧树脂基体中的分散性和相容性。采用TEM、XRD分析方法对制备的石墨烯无溶剂纳米流体进行表征,同时对石墨烯流体/环氧树脂涂层的耐水、耐酸碱和导热性能进行了探究。     

TiO2/石墨烯夹层结构复合材料的制备及光催化性能

以氧化石墨烯（GO）、1, 12-二氨基十二烷(C₁₂H₂₈N₂)、TiO₂溶胶为原料,通过预插层-离子交换-煅烧法制备TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料。采用XRD、Raman、FTIR、TEM、TG、UV-Vis和PL对TiO₂/石墨烯夹层结构纳米复合材料进行表征,并研究不同TiO₂含量的TiO₂/石墨烯纳米复合材料对环丙沙星（CIP）的光催化降解性能。在煅烧过程中,TiO₂的晶化和GO的还原同时进行。根据XRD和FTIR结果推断,TiO₂纳米颗粒在石墨烯层间原位生成,并通过化学键固定在石墨烯上,形成了石墨烯/TiO₂/石墨烯夹层结构。当TiO₂的质量分数为65.5wt%时,TiO₂/石墨烯复合材料表现出对环丙沙星最佳的光催化活性,150 min光照后降解率为90%高于纯TiO₂     

水溶性TiO2离子液体纳米杂化材料的制备与应用

TiO₂纳米颗粒具有较强的氧化性, 作为光催化剂, 可以在阳光照射下减少或消除有机污染物。为提高TiO₂纳米颗粒分散性和溶解性, 研究其在不同领域, 特别是环境保护领域的应用, 本实验室用两步法制备得到黄色透明的水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料。在这个杂化体系中,有机磺酸基团作为冠层可以提供“自溶剂”成为TiO₂纳米粒子的分散体。分散实验表明：TiO₂离子液体纳米杂化材料表面的水溶性有机物在水中具有良好的溶解性, 容易去除, 可应用于家居装饰表面。光催化降解甲醛的研究表明：TiO₂离子液体纳米杂化流体具有良好的光催化性能。水溶性TiO₂离子液体纳米杂化材料有望成为未来环境保护的发展方向。     

氮掺杂和SnO2纳米粒子负载对全固态对称型石墨烯超级电容器性能的影响

电极材料是影响超级电容器性能的主要因素。本研究采用溶剂热法合成石墨烯和氮掺杂石墨烯, 通过简单的化学法在其表面负载SnO₂纳米粒子。利用刮涂工艺在FTO玻璃表面制备石墨烯、SnO₂/石墨烯、氮掺杂石墨烯和SnO₂/氮掺杂石墨烯薄膜, 并经400℃热处理。分别以制备的石墨烯基薄膜和PVA/H₃PO₄为电极和电解质组装对称型全固态超级电容器。测试结果表明, 与石墨烯相比, 氮掺杂石墨烯具有较大的晶粒尺寸、较高的比表面积和较高的超电容性能; SnO₂纳米粒子负载可显著提高石墨烯和氮掺杂石墨烯的超电容性能。     

两步水热法制备还原氧化石墨烯/纳米TiO_2复合材料及其光催化性能

为研究由还原氧化石墨烯(RGO)和具有高活性晶面的TiO_2组成的复合材料的制备方法及其光催化性能,首先采用两步水热法制备了RGO/纳米TiO_2复合材料:第1步为合成暴露高活性晶面的纳米TiO_2;第2步为将合成的纳米TiO_2与氧化石墨烯(GO)复合,形成RGO/纳米TiO_2复合材料。然后,利用XRD、SEM、X射线光电子能谱仪和紫外-可见漫反射光谱等手段对制备的暴露不同晶面的纳米TiO_2和RGO/纳米TiO_2复合材料进行了表征,评价了其光催化性能。结果表明:在水热法的第1步中,通过调节HF的浓度能可控制备出具有高活性的(001)和(101)晶面的纳米TiO_2,氟原子在纳米TiO_2中以物理吸附态和化学结合态这2种形态存在;在第2步后,GO与纳米TiO_2复合形成RGO/纳米TiO_2复合材料,同时在此过程中GO被转化成RGO。在紫外光照射下,两步水热法合成的RGO/纳米TiO_2复合材料具有很好的光催化性能,明显优于商用TiO_2(P25)和纳米TiO_2的。RGO/纳米TiO_2复合材料的光催化性能有明显的提高,RGO和TiO_2暴露的晶面对光催化活性有影响。     

介孔RGO/TiO2复合光催化材料的制备及光催化性能

采用溶胶-凝胶法, 以氧化石墨烯(GO)、钛酸四丁酯(TBT)为原料, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为结构引导剂, 柠檬酸为水解抑制剂和表面活性剂原位合成不同GO含量的介孔氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(GO/TiO₂), 再经过紫外灯辐照还原获得介孔还原氧化石墨烯/二氧化钛复合材料(RGO/TiO₂)。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、比表面积(BET)、紫外-可见漫反射(UV-Vis DRS)和荧光光谱(PL)对样品进行分析表征, 研究了RGO/TiO₂的形貌、孔径分布情况, RGO的引入对光生电子-空穴对寿命、吸附性能、光催化性能的影响。分别在紫外光和太阳光条件下评价了复合材料的光催化性能, 并在紫外光条件下, 对催化剂进行了多次回收循环测试。测试结果表明: TiO₂均匀地生长于RGO表面, RGO/TiO₂为介孔材料; RGO的引入可以有效地抑制光催化剂中光生-电子空穴对的复合, 提高吸附性能和光催化性能, 7wt%RGO/TiO₂显示出对甲基橙的最佳吸附效果; 5wt%RGO/TiO₂对甲基橙具有最佳光催化效果和稳定的催化活性, 经过4次循环后, 紫外光照50 min, 对甲基橙的降解率仍能达到首次降解效率的90%以上。     

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)。     

Fabrication of composite film comprising TiO2/CdS and polyelectrolytes based on ionic attraction

Composite film comprising TiO₂/CdS nanoparticles and polyelectrolytes was fabricated based on electrostatic interaction. By utilizing cationic TiO₂ and anionic CdS colloids, we realized the assembly of dissimilar nanoparticles. The alternating assembly film of TiO₂/CdS and polyelectrolytes was further characterized by several methods including UV–Vis spectroscopy and transmission electron microscopy (TEM). Most importantly, surface photovoltage (SPV) measurements showed that interesting photoelectron energy conversion occurred in the TiO₂/CdS composite film.     

石墨烯/纳米TiO2复合材料的制备及其光催化性能

以氧化石墨烯（GO）和钛酸四丁酯（Ti（OBu）₄）作为初始反应物,采用乙醇溶剂热法合成了石墨烯/纳米TiO₂复合材料,并利用XRD、FE-SEM、TEM、RAMAN和XPS等手段对石墨烯/纳米TiO₂复合材料的晶体结构、形貌及元素形态等性质进行了表征,同时将复合材料应用于光催化降解甲基橙溶液,进行光催化性能评价。结果表明：Ti（OBu）₄在乙醇溶剂中通过化学静电引力吸附到GO表面,经过溶剂热反应,GO被还原成石墨烯的同时,石墨烯的表面负载生长锐钛矿TiO₂颗粒。随着溶剂热反应时间的延长,GO表面的活性基团减少,还原更加彻底,同时TiO₂晶粒有一定的增大趋势;与纯TiO₂相比,石墨烯/纳米TiO₂复合材料光催化活性明显提高,石墨烯含量对复合材料的光催化活性有直接的影响。     

SiO2或TiO2纳米粒子/含氟聚丙烯酸酯复合涂层的制备及其防腐蚀性能

通过在含氟聚丙烯酸酯(PFHI)溶液中添加固体纳米粒子,经涂覆热固化后得到了厚度约为1 μm的SiO₂或TiO₂纳米粒子/PFHI复合涂层,考察了SiO₂或TiO₂两种纳米粒子质量分数对复合涂层表面性质和防腐蚀性能的影响。利用Tafel极化曲线和电化学交流阻抗(EIS)测试研究了复合涂层在3.5wt% NaCl溶液中的电化学防腐蚀性能,并运用XPS、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、TG-DTA、SEM、光学接触角(OCA)手段对复合涂层进行表征。结果表明,添加SiO₂或TiO₂纳米粒子均可大幅提高PFHI涂层的电化学防腐蚀性能,SiO₂与PFHI质量比为0.3的SiO₂/PFHI复合涂层电荷转移阻抗值R_ct与PFHI涂层相比上升了2个数量级。SiO₂或TiO₂纳米粒子增大了涂层表面粗糙度,与PFHI紧密结合形成致密的复合涂层,提高了涂层的疏水性和致密性,从而改善了涂层的抗腐蚀性能。      

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。     

TiO_2-GO的制备及TiO_2-GO/环氧树脂涂层的抗腐蚀性能

为了提高环氧树脂涂层的抗腐蚀性能,首先,利用改进的Hummers法制备了氧化石墨烯(GO)。然后,将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)改性纳米TiO2负载在GO表面,制备了改性纳米TiO2与GO的复合颗粒(TiO2-GO),通过FTIR、XRD和SEM对TiO2-GO进行了表征。最后,将TiO2-GO分散于环氧树脂中,分别制备出TiO2-GO含量为1wt%、2wt%和3wt%的TiO2-GO/环氧树脂涂层及纯环氧树脂涂层,通过SEM观察了涂层断面形貌,利用电化学工作站和高温高压抗腐蚀测试表征了涂层的防腐蚀性能。结果表明:纳米TiO2通过化学键与GO结合在一起,将TiO2-GO分散于环氧树脂涂层中可以显著提高环氧树脂涂层的抗腐蚀性能。研究为通过添加GO的方法改善环氧树脂涂层的防腐性能提供了参考。     

异质结型BaTiO3/TiO2复合纳米纤维的制备及光催化性能

以静电纺丝技术制备的TiO₂纳米纤维为模板和反应物, 采用水热法原位合成了具有异质结构的BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM) 和高分辨透射电镜(HRTEM)等分析测试手段对样品的结构和形貌进行表征。结果表明: BaTiO₃纳米微粒均匀地生长在TiO₂纳米纤维表面, 制备了异质结型BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维。材料的光催化性能利用罗丹明B和苯酚的脱色降解反应测试。BaTiO₃/TiO₂复合纳米纤维材料, 在紫外光照射下, 光催化降解活性较纯锐钛矿TiO₂纳米纤维有明显提高, 罗丹明B和苯酚在该复合纳米纤维材料上的光催化降解反应遵循一级反应动力学。且易于分离、回收和再利用, 循环使用5次, 罗丹明B的脱色率仍保持在96%以上。