铂修饰二氧化钛纳米片的制备及其光电催化析氢反应研究

利用静电吸附作用在二氧化钛纳米片上负载铂原子制备了两种不同形态的铂催化剂。SEM、XRD、TEM测试结果表明, 改变铂负载量可以调控铂的形貌结构。在低Pt负载(0.2wt%)下, 铂原子主要是半径约2 nm的纳米簇, 当Pt负载量增加到1wt%时, 铂原子在二氧化钛纳米片上堆积成纳米颗粒。调控Pt负载量和纳米结构, 可以显著提高二氧化钛纳米片催化析氢反应的活性。在AM1.5太阳光照射下, 两种催化剂的塔菲尔斜率都小于100 mV/dec, 分别为56和90 mV/dec。与TiO₂-Pt1%催化剂相比, TiO₂-Pt0.2%具有更理想的金属-半导体界面, 有利于光生电子迁移至铂纳米簇表面, 因而具有更高的催化活性。本实验为研究更加高效的铂催化剂和其他光电催化剂提供了新的途径。     

Ag2S修饰TiO2纳米管复合电极的制备及其析氢性能研究

以硫化钠和硝酸银为原料,采用了化学浴沉积法将Ag₂S沉积在高度有序TiO₂纳米管(TNTs)上制备出Ag₂S/TNTs析氢电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对电极进行表征,结果显示Ag₂S颗粒均匀的沉积在TiO₂纳米管表面,且没有破坏纳米管原有的形态结构。在0.5 mol/L H₂SO₄条件下,通过线性扫描伏安法(LSV)、塔菲尔曲线(Tafel)、双电层电容和电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试分析了不同Ag₂S沉积圈数所得的复合电极的析氢性能。与TNTs相比,Ag₂S/TNTs显示出更优异的析氢性能。Ag₂S沉积圈数为9圈时制备出的复合电极在10 mA/cm²电流密度时,过电位达到了288.14 mV,Tafel斜率为61.8 mV/dec,双电层电容分别为54.7 mF/cm^2...     

TiO_2纳米颗粒/纳米棒阵列复合薄膜的制备及其光电催化性能

以金属钛箔为钛源,采用双氧水和盐酸体系,通过水热法制备合成TiO2纳米棒阵列薄膜,并通过调节双氧水和盐酸的用量,调控TiO2纳米棒阵列薄膜的微观形貌和物相构成。结合溶剂挥发自组装法将TiO2纳米颗粒引入纳米棒阵列中,得到复合型TiO2光催化剂。以亚甲基蓝为模拟污染物,考察TiO2复合薄膜的光催化活性。通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)测试对TiO2复合薄膜的物相和表面形貌等进行了表征,并采用电化学交流阻抗法(EIS)分析其表面电荷转移特性。TiO2纳米颗粒/纳米棒阵列复合薄膜在光电协同条件下,展示出高的光电催化活性。     

纳米TiO2光催化剂负载化的研究进展

将掺杂型负载和固定状负载统称为纳米TiO2光催化剂的负载化，综述掺杂改性及固载回收方面的研究进展，简要分析其中的影响因素，并展望TiO2光催化剂今后的研究方向。     

纳米TiO2表面吸附聚乙二醇及其分散稳定性的研究

通过四氯化钛水解法制备纳米TiO2，讨论聚乙二醇(PEG)在其水悬浮体系中的吸附行为．IR和吸附实验结果表明：纳米TiO2通过氢键吸附PEG，其表面吸附行为与PEG浓度、PEG分子量、pH值和晶粒尺寸等因素相关．吸附PEG以后，纳米TiO2颗粒的表面电荷和(电位发生变化．悬浮体系吸光度的变化和TEM分析表明：纳米TiO2吸附PEG后，增加了颗粒间的空间位阻作用，有效地阻止了纳米TiO2的团聚；但若PEG加入量达到过饱和，反而会破坏纳米TiO2的分散稳定性．     

水热合成法制备锐钛矿型纳米TiO2粉体的研究

以工业硫酸氧钛为原料，尿素作沉淀剂，固定6MPa的初始压力和300r／min的搅拌速度，在110-150℃的反应温度、2-8h的反应时间、0．25-1．5mol／L的硫酸氧钛反应浓度的条件下，采用水热合成法制备了锐钛矿型纳米TiO2粉体．采用XRD、TEM、BET等测试手段对在不同条件下所制备粉体的物相组成、晶粒度、比表面积等进行了分析．结果表明，所制备的粉体均为锐钛矿型纳米TiO2．粉体的比表面积分布在124-240m^2／g、晶粒度分布在6．7-10．6nm．随着反应温度的升高和反应时间的延长，晶粒度增大，比表面积降低．随前驱体浓度的提高，晶粒度也增大，当前驱体浓度〈0．5mol／L时，比表面积随着前驱体浓度的增大而增大．当前驱体浓度〉0．5mol／L时，比表面积随着前驱体浓度的增大而减少．     

复合电沉积制备SnO2/TiO2薄膜及其光电催化性能

为了寻求廉价、高效和稳定的光催化剂,用复合电沉积技术在紫铜片上制备了Sn/TiO2薄膜,经300℃热氧化使之形成SnO2/TiO2复合电极.利用SEM,XRD对薄膜进行了表征,以甲基橙为模型化合物,对复合电极的光催化和光电催化性能进行了测定.研究表明:该薄膜由0.3~1μm的颗粒构成,每个颗粒又由纳米晶粒形成;电极具有多孔结构,膜中的SnO2以两种不同的晶体结构存在;在薄膜质量相等的情况下,SnO2/TiO2薄膜的光催化活性是纯TiO2粒子膜的2.87倍;外加一定偏压下,其催化性能大幅度提高.     

铈掺杂TiO2/Ti光电极制备及可见光下光电催化性能的研究

采用阳极氧化法制备铈掺杂TiO2／Ti光电极，用SEM、XRD、XRF、XPS和UV／VIS／NIR对光电极的性能进行表征，并对其可见光照射下的光电催化性能进行了测试．研究结果表明：在成膜电压为160V，电流密度为100mA／cm^2，Ce（NO3）3浓度为960mg／L条件下制备的铈掺杂TiO2／Ti光电极在降解罗丹明B的实验中表现出良好的光电催化活性．     

纳米混杂结构NiSe2高效析氢电极制备及其电化学性能

采用水热和化学气相沉积两步法,在碳纤维纸(CFP)上直接合成纳米线/纳米颗粒混杂结构NiSe₂催化剂,制备出自支撑一体化电解水析氢电极。利用SEM、XRD和XPS,对复合电极的形貌、成分及物相组成进行了表征,并考察了该电极在0.5 mol·L-1 H₂SO₄溶液中的电催化析氢性能。结果表明:在硒化反应过程中,碱式碳酸镍前驱体纳米线相互连接并最终形成纳米线与纳米颗粒相混合的混杂结构NiSe₂催化剂,均匀生长于碳纤维表面; NiSe₂纳米混杂结构电极驱动100 mA·cm-2的电流密度时所需的过电位为232 mV,相比NiSe₂纳米颗粒结构电极(256 mV)具有更低的过电位。此外,其更低的塔菲尔斜率(38.3 mV·dec-1)、更小的电荷转移阻抗(3.2 Ω)、更大的双电层电容(11.81 mF·cm-2)以及近似两倍于NiSe₂纳米颗粒电极的转换频率值(0.284 H₂·s-1),都表明这种混杂结构电极具有优良的析氢性能。同时,经过3 000次循环伏安测试和20 h持续电解测试,该电极呈现出优异的稳定性。     

纳米TiO2的光学特性及烧结行为

采用钛酸丁酯［Ti(OCH     

纳米晶碳化钨薄膜的析氢催化性能

采用等离子体增强化学气相沉积法制备了具有纳米结构的碳化钨薄膜, 采用XRD、EDS、SEM方法表征了薄膜的表面形貌、化学组成和物相结构. 这种碳化钨纳米晶薄膜具有巨大的电化学比表面积、很好的电催化活性和电化学稳定性. 通过测试和计算表明, 几何面积为1cm²碳化钨薄膜/泡沫镍电极、碳化钨薄膜/镍电极的电化学比表面积分别为83.21和64.13cm2; 该薄膜电极材料的a值为0.422～0.452V, 接近低超电势材料; 析氢交换电流密度为4.02～4.22×10^-4A/cm²; 当超电势为263mV时, 其析氢反应的活化能为45.62～45.77kJ/mol.     

硅电极表面镍钨磷合金电沉积及其析氢性能

Ni-W-P合金薄膜具有优良的催化析氢性能和耐蚀性.通过在半导体p型Si上恒电流沉积Ni-W-P合金薄膜,制备出Ni-W-P合金修饰的半导体p型Si电极.用SEM和XRD对合金薄膜的表面形貌、组成和结构进行了表征,以电极的阴极极化曲线对其催化析氢和光电催化析氢性能进行评价.结果表明:W,P质量分数分别为26.71%和0.95%的纳米晶合金修饰的p型Si电极具有优良的催化析氢性能和显著的光电析氢活性.     

电沉积Ni-W-P合金上析氢行为的研究

在１ｍｏｌ／Ｌ的ＫＯＨ水溶液中,以电沉积法制备的Ｎｉ－Ｃｏ－Ｐ、Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金为阴极,测量析氢时的极化曲线,结果表明,与Ｎｉ电极相比,Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金电极上氢析出的电势正移２００次毫伏,即Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金电极具有较高的析氢电催化活性。通过ＳＥＭ和ＸＰＳ分析探讨了Ｎｉ电极中引入Ｗ和Ｐ元素对析氢催化活性的影响。     

RhO2修饰BiVO4薄膜光阳极的制备及其光电催化分解水性能

钒酸铋是最具有光电催化应用潜力的水分解光电阳极之一, 但由于表面缓慢的动力学反应速率, 其光电催化效率仍不理想。本研究通过浸渍法在BiVO₄薄膜光阳极上负载纳米RhO₂助催化剂, 研究RhO₂负载量对BiVO₄光阳极光电催化性能的影响规律及其机理。晶粒尺寸10~25 nm的RhO₂均匀负载在颗粒尺寸100~250 nm、厚度约为400 nm的BiVO₄光阳极薄膜表面。考虑到贵金属铑的昂贵成本, RhO₂的最佳负载量为质量分数1.65%, 在偏压1.23 V (vs. RHE)、1.0 mol/L Na₂SO₃溶液中(pH8.5)AM 1.5模拟可见光照射下, 光电流密度达3.81 mA·cm^-2, 相较纯BiVO₄提升了10.58倍。在没有有机牺牲剂的条件下, 光阳极同时析出了氢气和氧气, 两者比例接近2 : 1, 产氧速率为8.22 μmol/(h·cm²)。负载RhO₂有效改善了光阳极的表面水氧化动力学, 使光生空穴更快与电解质溶液进行水氧化反应, 抑制光生载流子复合, 从而显著提升光电催化性能。另外, 负载RhO₂后, 空穴更容易从光阳极表面被有效提取到电解质溶液中, 减少其在光阳极表面积累, 从而使BiVO₄/RhO₂(1.65%)光阳极可持续稳定工作10 h以上。     

TiO2/Co3O4复合纳米颗粒的制备及其光催化制氢性能

通过碳辅助法和溶胶-凝胶法制备了具有可见光下光催化制氢性能的TiO₂/Co₃O₄复合纳米颗粒。采用X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 以及紫外可见分光光度计表征了复合纳米颗粒的晶体结构、微观形貌和紫外-可见光谱吸收能力。结果表明, 制备的复合纳米颗粒具有良好的晶型、结构以及紫外可见光吸收能力。实验测试了TiO₂/Co₃O₄复合纳米颗粒在模拟太阳光下的光催化制氢性能, 并研究了其光催化制氢的可重复利用性。结果表明, 在模拟太阳光照射下, 该复合纳米颗粒催化纯水产生氢气的速率约为8.25 μmol/(g·h), 且该复合纳米颗粒具有良好的可重复利用性。     

多孔Ni-WC复合电极的制备及其在酸性溶液中的电催化析氢性能

目前,关于多孔Ni-WC电极的电催化析氢(HER)性能的报道较少。以多孔海绵镍为基体,采用复合电沉积制备多孔Ni-(WC)x复合电极。运用扫描电镜(SEM)和X射仪线衍射仪(XRD)表征电极的表面形貌和微观结构,通过阴极极化、电化学阻抗(EIS)、循环伏安、计时电流法研究多孔Ni-(WC)x电极在0.5 mol/L H2SO4溶液中的电催化析氢性能。结果表明:与多孔基体Ni电极相比,多孔Ni-(WC)x电极具有较低的析氢过电位、较低的电化学反应阻抗、较小的表观活化能以及较大的交换电流密度;随着镀液中WC浓度的升高,所制备的多孔Ni-(WC)x电极的电催化析氢活性增强,其中Ni-(WC)40电极的表观交换电流密度是多孔Ni基体电极的966.7倍,其表观活化能为5.95 kJ/mol,并具有较好的耐蚀性和析氢稳定性。     

S、RE共掺杂TiO2的制备及其可见光分解水制氢性能

采用溶胶-凝胶法制备了系列稀土(La、Eu、Nd、Tb、Er)和硫共掺杂TiO2光催化剂RE/S/TiO2。通过紫外-可见(UV-Vis)漫反射、X射线衍射(XRD)对催化剂进行了表征。以EDTA为电子给体,考察了光催化剂在可见光照射下的制氢活性。研究结果表明,S/TiO2具有可见光活性,稀土掺杂进一步提高了S/TiO2可见光活性,其活性顺序依次为Eu/S/TiO2>La/S/TiO2>Nd/S/TiO2>Tb/S/TiO2>Er/S/TiO2。与纯TiO2和S/TiO2光催化剂相比,稀土掺杂使催化剂的粒径减小,晶格畸变应力增大,从而提高了催化剂可见光制氢活性。     

Activity Origins in Nanocarbons for the Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction

Sustainable hydrogen production is an essential prerequisite for realizing the future hydrogen economy. The electrocatalytic hydrogen evolution reaction (HER), as the cornerstone of exploring the mechanism of water electrolysis, has attracted extensive interest in the past decades. Carbon‐based materials with significant merits such as abundance, low cost, high conductivity, and tunable molecular structures, are considered as promising candidates for replacing the commercial noble metal electrocatalysts. To date, activity origins of these carbon‐based electrocatalysts are mainly attributed to the dopants (e.g., N, B, P or S), whereas the contribution of intrinsic/induced carbon defects has recently been a hot research topic. In this Review, besides the development of heteroatoms doping strategies, the latest studies on defective carbon‐based materials for HER electrocatalysis are summarized, especially for various approaches to prepare defective carbons and the detailed introduction regarding the defect catalysis mechanism. Finally, an outlook into the development of future defective carbon‐based HER electrocatalysts is presented.     

石墨烯-ZnIn2S4纳米复合微球的制备及光催化产氢活性

采用光催化还原法制备了石墨烯-ZnIn₂S₄纳米复合微球。采用XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS和DRS等手段对样品进行表征, 结果表明, 经过光催化还原处理后氧化石墨被还原成石墨烯, ZnIn₂S₄纳米微球负载在石墨烯表面。光催化产氢的实验结果表明, 当石墨烯含量为2.0wt%、光催化还原时间为24 h时, 石墨烯-ZnIn₂S₄纳米复合微球在模拟太阳光下产氢量达到1540.8 μmol, 是纯ZnIn₂S₄纳米微球的9.8倍。增强光催化性能的原因归结为石墨烯在复合光催化剂中起到了电子快速传输作用, 同时还对纳米复合微球光催化产氢反应机理进行了分析讨论。     

氢等离子体电弧法Mg／TiO2复合纳米粒子的制备与表征

采用氢等离子体电弧法,在H2＋Ar气氛下制备出Mg／TiO2复合纳米粒子．通过X射线衍射仪（XRD）、红外分析（FT—IR）、高分辨透射电镜（HRTEM）对纳米粒子的化学成分、晶体结构和表面形貌进行了分析,发现具有六方形晶体惯态的镁粒子通过表面包覆一层TiO2后形成了球形粒子;分析了其形成过程．热重分析（TGA—SDTA）结果表明,Mg／TiO2复合纳米粒子比纯Mg纳米粒子抗氧化温度提高30～40℃．