二氧化钛纳米管阵列电极的光电化学性能研究

采用阳极氧化法在钛片上制备了垂直排列的TiO2纳米管阵列，利用SEMXRD对纳米管阵列的形貌和结构进行了表征，并通过电化学交流阻抗谱、光照开路电位谱和瞬态光电流谱技术对纳米管阵列电极的光电化学特性进行了研究。实验结果表明，TiO2纳米管的内径约为90nm，管壁约为10nm，纳米管阵列厚度约为500nm，经600℃退火处理后，转变为锐钛矿型与金红石型的混晶结构。光电测试结果表明，随着退火温度升高，TiO2纳米管阵列电极的界面电荷转移电阻减小，光电流逐渐增大，光照开路电压增大，至600℃达到最大，当退火温度继续升高，电极的光电性能急剧下降。与TiO2纳米多孔膜电极相比，光电性能显著提高，这主要归因于TiO2纳米管阵列更大的孔隙率和比表面积。     

NH4F-(NH4)2SO4复合电解液中制备莲藕状TiO2纳米管阵列及光生阴极保护性能研究

采用二次阳极氧化法在NH₄F-(NH₄)₂SO₄复合电解液中制备近似莲藕状TiO₂纳米管阵列(TNTAs)。通过XRD、SEM、PL(光致发光光谱)等手段研究了不同阳极氧化电压下制备的TNTAs的结构、形貌以及光生载流子的分离率。同时,在模拟太阳光下,通过测试光生电流密度评估其光电化学性能,通过测试开路电位、Tafel极化电位和EIS拟合曲线评估对304SS的阴极保护效果。结果显示,当阳极氧化电压为25 V时,TNTAs莲藕状清晰,规整度较高,光生载流子分离率高,光生电流密度达到最高值为309.2μA·cm^-2,开路电位达到最低值-0.986 V(vs.Ag/AgCl)时,对304SS的阴极保护效果较好。     

复合电解液中TiO2纳米管阵列的制备及光生阴极保护性能

采用二次阳极氧化法在3种不同的含氟电解质 (F^-、BF₄^-、F^--BF₄^-) 中制备了 TiO₂纳米管阵列。通过SEM、XRD、UV-vis DRS、PL 等手段对所制备的 TiO₂纳米管阵列形貌、结构、光响应能力以及光生载流子分离效率进行对比研究,同时在开闭可见光条件下进行光电化学性能测试。结果显示,用含NH₄F、NH₄BF₄和H₂O 的乙二醇复合电解液制备的TiO₂纳米管阵列相比于传统单种含氟电解液,具有更规整的结构,光吸收更强,光生载流子分离效率更高,对304不锈钢具有更好的光生阴极保护作用。     

氧化钛纳米管阵列的表面聚集控制及光电化学特性

采用阳极氧化法在有机介质中制备垂直排列的厚度达百微米的TiO2纳米管阵列,重点考察TiO2纳米管表面形貌特性的控制,以期从微观修饰角度来提高TiO2纳米管阵列膜的光电化学性能;在此基础上,考察不同处理条件下的TiO2纳米管阵列膜的光电化学特性。实验结果表明:采用无水乙醇作为超声液并结合二次蒸馏水进行漂洗能彻底清除纳米管表面聚集堵塞部分,得到清洁、规整有序的纳米管阵列表面,且不破坏纳米管阵列膜的最佳超声振动时间为20～30s。在对纳米管阵列的表面形貌特性进行控制后,采用一步阳极氧化法+无水乙醇超声制备的样品经500℃退火在全谱段的光转换效率达到1.48%,证实对纳米管阵列的表面形貌特性实施控制能有效提高其光电化学性能。     

WO3修饰TiO2纳米管阵列制备、表征及光催化活性

利用化学浴沉积 (CBD) 结合热解工艺制备了WO₃修饰TiO₂纳米管 (WTN) 阵列, 且WTN阵列分布均匀。通过改变沉积时间可调整WTN的钨含量。利用SEM、EDX、XRD对WTN进行了表征。结果表明,阴极氧化后,TiO₂纳米管生长于钛体基体上,纳米管的内径为90~120 nm, 外径为120~160 nm,壁厚在30~60 nm范围,长约39 μm。经C. I.硫化红14的有效去除证实, 修饰TiO₂纳米管的WO₃增强了WTN光催化活性, 在可见光照射下,所制备复合膜光催化活性优于未修饰纳米管阵列 (TN)。     

TiO2纳米管光电极的制备及其光电催化性能研究

采用阳极氧化法在Ti箔上原位生成了TiO2纳米管光电极,并利用SEM和XRD对样品的表观形貌和晶相结构进行了表征。结果表明:TiO2纳米管管口均匀,管径为90~100 nm,且具有单一的锐钛矿晶相。此外,重点考察了初始pH值和外加偏压对TiO2纳米管光电极光电流响应及光电催化活性的影响。结果表明:当溶液pH为7.5、外加偏压为2.0V时,光电流响应最强,为10.4 mA·cm-2。350 W氙灯下光照60 min对罗丹明B的光电催化降解效率可达82.6%。     

铜掺杂TiO2纳米管阵列薄膜的制备及表征

本文提出了一种磁控溅射和阳极氧化相结合制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)阵列的方法。掺杂后的样品通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对其结构和光电性能做了研究与分析。研究结果表明：Cu以离子形态均匀地掺杂进入TiO₂纳米管中,且为取代掺杂;Cu掺杂对TiO₂纳米管(TNT)的生长具有抑制作用,对TNT的形貌有明显影响;Cu掺杂对TNT晶体生长取向也有明显影响,抑制锐钛矿(101)晶面的生长,使(101)晶面产生晶格畸变、晶面间距变宽并促进锐钛矿(004)晶面的择优生长。瞬态光电流响应分析表明Cu掺杂TNT有利于抑制光生电子-空穴对的复合速率,提高太阳能利用率。     

多孔钛表面TiO2纳米管的阳极氧化制备及光催化性能（英文）

对多孔钛表面制备TiO2纳米管的阳极氧化工艺进行研究。在两种电解质溶液中采用阳极氧化法分别对多孔钛和钛箔进行表面处理。一种电解质溶液是含有0.5%HF的冰醋酸,另一种电解质溶液是含有0.5%NH4F(质量分数)的乙二醇溶液(醇水体积比4:1)。结果表明:两种方法在钛箔上都可以生成TiO2纳米管,而多孔钛表面只能在NH4F电解质溶液中生成纳米管,HF溶液中过高的电流密度是纳米管在多孔钛基体上难以生成的主要原因。采用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对不同基体上的TiO2纳米管进行表征,相比钛箔基体上的纳米管管壁,多孔钛上的纳米管管壁更薄。对所制备的TiO2热处理研究表明,锐钛矿相在400°C时形成,并在700°C完全转变为金红石相。经450°C热处理样品的光催化性能最好。光催化性能也受到多孔钛孔隙率的影响,在孔隙率为60%时光催化性能最好。     

有机电解液中TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能

在氟化铵/丙三醇电解液中,采用恒压直流阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,并研究其在空气热处理过程中的结晶行为,最后将管阵列作为光阳极组装成染料敏化太阳能电池(DSSC),研究氧化时间和热处理温度对其光电性能的影响。结果表明:TiO2纳米管阵列的形成是一个随时间渐进演变的过程;随着氧化时间的延长,纳米管长度逐渐增大,当时间为70 h时,长度达到5μm左右;管阵列在空气中于400℃以下热处理后,由锐钛矿相构成,450和500℃热处理时,由锐钛矿相和金红石相构成,同时管阵列结构具有良好的高温稳定性。光电性能测试显示,20 V、70 h制备的TiO2纳米管阵列经450℃热处理后,组装成的染料敏化太阳能电池的(有效面积1 cm2)光电转换效率可达到0.989%。     

Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

TiO₂ 纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对 TNAs 改性后制备了 Au 负载 N 掺杂 TiO₂ 纳米管阵列(Au@ N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物, 进一步分析了 Au@ N-TNAs 在不同 Au 负载量时光降解效率的变化情况。 采用 SEM、XRD、TEM 和 X 射线光电子能谱 (XPS)等对 Au 和 N 在 Au@ N-TNAs 中的存在形式进行表征和分析,发现 Au 主要是负载在 TiO₂ 纳米管阵列上,而 N 元素则是以掺杂的方式进入 TiO₂ 纳米管阵列的晶格中。 此外,在光降解试验中发现通过 Au 负载与 N 掺杂相结合的方法对 TiO₂ 纳米管阵列进行复合改性后,TiO₂ 纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中 20s-Au@ N-TNAs 具有最佳的光降解效率。 但 Ti-N 薄膜中间的 Au 层太厚时会影响阳极氧化过程中 TiO₂ 纳米管阵列的生长,而且过量的 Au 在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的 TiO₂ 纳米管阵列(40s-Au@ N-TNAs)的光催化效率明显降低。     

阳极氧化制备工艺对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响

为改善TiO_2纳米管阵列结构有序性和形貌完整性,以NH4F-丙三醇-水溶液为电解液,采用一次阳极氧化法和二次阳极氧化法在Ti片表面制备TiO_2纳米管阵列,借助扫描电子显微镜和原子力显微镜,研究一次阳极氧化电压、二次阳极氧化法制备过程中阳极氧化电压和一次阳极氧化时间以及退火温度对TiO_2纳米管阵列显微形貌的影响。结果表明,采用一次阳极氧化法在5~25 V电压下阳极氧化Ti片120 min后均可制得有序排列的TiO_2纳米管阵列,纳米管外侧面具有"竹节状"结构特征,纳米管平均管径和管间距随氧化电压升高而增大;一次阳极氧化法在20 V/120 min下制得的TiO_2纳米管阵列相对较优,其表面平整度高。在相同氧化电压下采用二次阳极氧化法制备TiO_2纳米管阵列不能有效改善阵列的有序程度和表面平整度。600℃退火会促进TiO_2纳米管层/钛金属界面处的热氧化物层生长。     

Rapid anodic oxidation of highly ordered TiO2 nanotube arrays

Highly ordered TiO₂ nanotube arrays prepared by anodic oxidation have attracted increasing research interests due to their promising applications in many scientific areas. To the best of our knowledge, a factor limiting the application of TiO₂ nanotube arrays was their long sustaining reaction time by anodic oxidation, usually lasting 6-12 h and even longer when synthesizing thicker nanotubular layers. In the present paper, we reported for the first time a facile but effective approach to accelerate the anodic formation of TiO₂ nanotube arrays by proper addition of sodium carbonate (Na₂CO₃) into the anodization electrolyte. We adopted the 0.3 M NH₄F + 0.03 M Na₂CO₃ + EG (ethylene glycol) + 3.0 vol.% H₂O electrolyte and the average growth rate of the nanotubes achieved in our experiments could be accelerated to 1100 nm/min. The possible mechanism of the rapid electrochemical process was also presented.     

Ag/TiO_2多孔阵列作为可再生的SERS活性基底

采用三次阳极氧化法制备了TiO_2纳米孔阵列,然后通过连续离子层吸附法在其上负载30 nm左右的Ag纳米颗粒,并将Ag/TiO_2作为SERS活性基底,研究了其对罗丹明6G(R6G)的表面增强拉曼散射(SERS)效应,同时对基底的均匀性、稳定性和可再生性能进行了系统研究。结果显示,在激发波长为532 nm的情况下,该基底对R6G分子的检测限达到~10~(-7) mol/L,且具有较好的均匀性和稳定性;吸附了R6G分子的Ag/TiO_2基底经模拟太阳光照射后,30 min内即可将所吸附的待测分子降解,显示出良好的可再生性能。基于其高度有序的结构和良好的性能,所制备的Ag/TiO_2多孔孔阵列有望作为一种理想的SERS活性基底而在相关领域获得应用。     

纳米颗粒增强TiO_2涂层的制备及其防污性能

为提高二氧化钛涂层的防污性能,采用KH-550硅烷改性锐钛矿型TiO_2颗粒,并充分分散于二氧化钛凝胶涂层中。通过降解亚甲基蓝溶液、细菌贴附试验、藻类贴附试验,分别评价了涂层的光催化性能、抗菌性能及抗藻类附着性能,并利用激光共聚焦显微镜及扫描电子显微镜对藻类在涂层表面的附着情况进行分析。结果表明,添加TiO_2纳米颗粒涂层的防污性能较未添加TiO_2纳米颗粒涂层有较大程度的提高。添加粒径为5~10 nm TiO_2颗粒的二氧化钛涂层对小球藻、三角褐指藻及小新月菱形藻的附着降低率分别达到了92.1%、71.5%和62.1%,相较于纯二氧化钛涂层对3种藻类的附着降低率分别提高了29.7%、68.4%和43.5%。TiO_2颗粒的加入可以有效地提高涂层的光催化性能,光催化使得涂层具有亲水、抗菌及自清洁的性能进而有利于提高涂层的防污性能。     

水热制备TiO2纳米管及其光催化性能

本文利用TiO₂粉体在高浓度NaOH溶液中水热反应制备TiO₂纳米管,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),紫外可见分光光度计(UV-Vis)考察了NaOH浓度、水热反应温度、水热反应时间等因素对TiO₂纳米管结构和性能的影响。结果表明：当NaOH浓度为10mol/L,水热反应温度为160℃,水热反应时间20h时,所制备的TiO₂纳米管显示出较高的光催化活性,经紫外光照30min后,对甲基橙(MO)的降解率可达75.48%。     

High transmittance and superhydrophilicity of porous TiO2/SiO2 bi-layer films without UV irradiation

In order to obtain the TiO₂ films with high transmittance and superhydrophilicity without UV irradiation, porous TiO₂/SiO₂ bi-layer films were prepared by spin coated SiO₂ sol and TiO₂ sol including polyethylene glycol 2000 (PEG 2000) onto glass and subsequent calcination at 550 °C. Meanwhile, factors that affect the TiO₂/SiO₂ bi-layer films transmittance and superhydrophilicity were investigated in details by observing their surface morphologies and measuring their water contact angles (WCAs), spreading time and transmittances. The results indicated that the as-prepared TiO₂/SiO₂ bi-layer film showed superhydrophilicity without UV irradiation when 0.5 wt.% PEG 2000 was added in TiO₂ sol. At the same time, its maximum transmittance was as high as 92.3%. The spreading time was only about 0.16 s. More importantly, the resultant film had an excellent stability of the superhydrophilic property.     

Modification of TiO2 nanorods by Bi2MoO6 nanoparticles for high performance visible-light photocatalysis

In this work, TiO₂ nanorods were prepared by a hydrothermal process and then Bi₂MoO₆ nanoparticles were deposited onto the TiO₂ nanorods by a solvothermal process. The nanostructured Bi₂MoO₆/TiO₂ composites were extensively characterized by X-ray diffraction, scanning and transmission electron microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and UV-vis diffuse reflectance spectroscopy. The photocatalytic activity of the Bi₂MoO₆/TiO₂ composites was evaluated by degradation of methylene blue. The Bi₂MoO₆/TiO₂ composites exhibit higher catalytic activity than pure Bi₂MoO₆ and TiO₂ for degradation of methylene blue under visible light irradiation (λ > 420 nm). Further investigation revealed that the ratio of Bi₂MoO₆ to TiO₂ in the composites greatly influenced their photocatalytic activity. The experimental results indicated that the composite with Bi₂MoO₆:TiO₂ = 1:3 exhibited the highest photocatalytic activity. The enhancement mechanism of the composite catalysts was also discussed.     

铝合金微弧氧化膜纳米TiO_2掺杂机理研究

在含有纳米TiO_2的电解液中对铝合金进行微弧氧化处理,用以研究掺杂纳米TiO_2对铝合金微弧氧化成膜机理及性能的影响。利用扫描电镜(SEM)观察微弧氧化膜形貌,能谱仪(EDS)分析膜层Ti、Al、O等元素含量,X射线衍射仪(XRD)分析相组成,测定膜厚、硬度和氧化液中TiO_2表面电荷,建立了掺杂改性模型。结果表明,加入纳米TiO_2后,氧化初期电压随TiO_2添加量增加逐渐升高、5min后电压逐渐降低;氧化膜表面孔洞数量和尺寸减小,成膜效率、膜层致密度和表面疏松层硬度提高。纳米TiO_2在氧化膜表面均匀分布,截面不均匀分布。氧化膜主要由γ-Al_2O_3、Mullite和少量Si组成。     

TiO2纳米阵列超疏水膜的制备及耐腐蚀性能

采用阳极氧化法在纯钛表面制备TiO2纳米管阵列,使用六甲基二硅胺烷对TiO2纳米管阵列进行低表面能处理,得到超疏水表面．用接触角测量仪测定表面疏水性,采用SEM、EDS技术研究改性前后试样表面的形貌和元素组成,并利用极化曲线和电化学阻抗谱法研究了超疏水膜的耐腐蚀性能．结果表明,TiO2纳米管阵列经改性后超疏水效果明显,...     

Photocatalytic performance of nano-photocatalyst from TiO2 and Fe2O3 by mechanochemical synthesis

Nano-particles of homogeneous solid solution between TiO₂ and Fe₂O₃ (up to 10 mol%) have been prepared by mechanochemical milling of TiO₂ and yellow Fe₂O₃/red Fe₂O₃/precipitated Fe (OH)₃ using a planetary ball mill. Such novel solid solution cannot be prepared by conventional co-precipitation technique. A preliminary investigation of photocatalytic activity of mixed oxide (TiO₂/Fe₂O₃) on photo-oxidation of different organic dyes like Rhodamine B (RB), Methyl orange (MO), Thymol blue (TB) and Bromocresol green (BG) under visible light (300-W Xe lamp; λ > 420 nm) showed that TiO₂ having 5 mol% of Fe₂O₃ (YFT1) is 3-5 times higher photoactive than that of P25 TiO₂. The XRD result did not show the peaks assigned to the Fe components (for example Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO₃, and Fe metal) on the external surface of the anatase structure in the Fe₂O₃/TiO₂ attained through mechanochemical treatment. This meant that Fe components were well incorporated into the TiO₂ anatase structure. The average crystallite size and particle size of YFT1 were found to be 12 nm and 30 ± 5 nm respectively measured from XRD and TEM conforming to nanodimensions. Together with the Fe component, they absorbed wavelength of above 387 nm. The band slightly shifted to the right without tail broadness, which was the UV absorption of Fe oxide in the Fe₂O₃/TiO₂ particle attained through mechanochemical method. This meant that Fe components were well inserted into the framework of the TiO₂ anatase structure. EPR and magnetic susceptibility show that Fe³⁺ is in low spin state corresponding to μ_B = 1.8 BM. The temperature variation of μ_B shows that Fe³⁺ is well separated from each other and does not have any antiferromagnetic or ferromagnetic interaction. The evidence of Fe³⁺ in TiO₂/Fe₂O₃ alloy is also proved by a new method that is redox titration which is again support by the XPS spectrum.