C掺杂TiO_(2)纳米管阵列的制备及光催化降解甲基橙研究

通过阳极氧化结合水热法制备C掺杂TiO_(2)纳米管阵列(C-TNTs),利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)、X射线光电子能谱(XPS)对TiO_(2)纳米管阵列的晶型、形貌进行表征。结果表明,制备的C-TNTs具有较强的锐钛矿衍射峰,纳米管排列整齐,孔径一致;C-TNTs的平均内径为150 nm,管长约4.4μm。在紫外光照射下,TNTs与C-TNTs均有较高的光催化效率,120 min对甲基橙(MO)的降解率分别为90.9%和96.6%。在可见光照射下,C-TNTs在120 min对MO的降解率达86.5%,是TNTs的2.24倍。C-TNTs在可见光照射下,经5次循环使用后催化率仅下降3.2个百分点,具有较强的催化稳定性。

氮掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光光电催化活性研究

联用电化学阳极氧化和湿化学法制备氮掺杂的TiO2纳米管阵列膜.应用SEM、XPS、DRS分析、表征,并研究该膜层的形貌、组成和光学性质以及在卤钨灯照射下降解甲基橙水溶液的光电催化活性.结果表明:氮以取代掺杂的形式进入TiO2晶格,掺氮的TiO2纳米管阵列在可见光区有较强的吸收,其光电催化性能优于纯的TiO2纳米管阵列膜.

氮掺杂TiO_2纳米管阵列的制备研究

采用阳极氧化法制备了孔径为60～80 nm,壁厚约为20～30 nm的高有序TiO2纳米管阵列,并通过氨气氛下退火处理对TiO2纳米管进行N掺杂.利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、喇曼光谱(Raman)及X射线光电子能谱(XPS)对得到的薄膜进行表征.SEM结果显示,经掺N后样品仍呈纳米管阵列的有序结构.XRD和Raman光谱研究表明,经过阳极氧化并在NH3气氛中500℃退火30min的纳米管阵列为锐钛矿与金红石晶型共存的TiO2,且N的引入促进了TiO2纳米管在低温下由锐钛矿相向金红石相的转变.N掺杂样品XPS中出现了结合能位于399.7 eV的N1s峰,该峰来源于TiO2的间隙N杂质原子,显示此方法在TiO2纳米管中实现了有效的N掺杂.

氮掺杂TiO_2纳米线阵列优越的可见光光电性能(英文)

成功制备了氮掺杂锐钛矿TiO2纳米线,并研究了它的光电化学性质.结果表明,与商用P25 TiO2纳米粒子和未掺杂TiO2纳米线相比,氮掺杂TiO2纳米线作为光阳极明显地提高了光电转换效率(IPCE%),在可见光区有明显光吸收;在100 mW/cm2可见光光照下,氮掺杂TiO2纳米线具有最大的光电流密度和能量转换效率.例如,当电压为0.09 V(vs.Ag/AgC l)时最大能量转换效率为0.52%,均高于未掺杂TiO2纳米线和商用P25 TiO2纳米粒子的,充分表现出它优越的光响应和光电化学性能,在光电化学池、太阳能制氢等方面具有广泛的应用前景.

Fe、N共掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.

氮掺杂多孔碳负载Fe纳米颗粒用于高性能电催化还原CO_(2)与Zn-CO_(2)电池

电催化CO_(2)还原为CO因其技术与经济上的可行性而被认为是推进碳中和最有前景的反应之一.然而,水溶液中激烈的竞争性析氢反应阻碍生成单一高选择性产物.目前,贵金属纳米催化剂表现出较好的CO选择性,但稀缺性和高成本限制了其进一步应用.Fe纳米颗粒(NPs)具有电催化活性,且储量丰富成本低,被认为是一种潜在可替代贵金属的电催化剂,但Fe存在易氧化、团聚、稳定性差、吸附CO_(2)能力低等问题.因此,探索同时具有良好活性和稳定性的新型Fe NPs催化剂仍具有重要意义.金属-有机骨架(MOFs)衍生物被认为是合成锚定和激活金属纳米颗粒的良好前驱体.因此,将Fe NPs固定在MOFs衍生物中为开发稳定、高活性的Fe NPs催化剂提供了可行的机会.本文通过修饰MOFs前驱体的策略,对IRMOF-3(Zn)进行少量含铁配体单羧酸二茂铁的取代,结合一步热解碳化,制备了Fe NPs负载在海绵状氮掺杂多孔碳的复合催化剂(Fe@NPC).同时对配体为对苯二甲酸的MOF-5和配体为2-氨基-对苯二甲酸的IRMOF-3(Zn)进行热解碳化,制备了对照样品多孔碳MOF-5-D和氮掺杂多孔碳IRMOF-3-D.光电子能谱(XPS)和X射线吸收精细结构谱(XAFS)结果表明,在Fe@NPC中含有大量的Fe-Fe键以及极少量的Fe-N/C键,说明Fe主要以纳米颗粒形式存在,少量Fe-N/C分布在Fe NPs表面,在Fe NPs与氮掺杂碳基底间起到良好的连接作用.此外,Fe@NPC具有较大的比表面积(1264 m^(2)g^(-1))和高于MOF-5-D与IRMOF-3-D的CO_(2)吸附能力(93.5 cm^(3)g^(-1)),这种具有CO_(2)强吸附和丰富活性位点的多级孔结构为加速传质、加快CO_(2)转化奠定了良好的基础.在H-cell与-0.6 V_(RHE)的条件下,IRMOF-3-D的最大CO法拉第效率(FECO)为65.3%,是MOF-5-D(49.9%)的1.3倍,说明氮掺杂在一定程度上促进了CO_(2)的电还原.此外,Fe@NPC在-0.3 V_(RHE)到1.0 V_(RHE)的宽电位化学区间均表现出较好的性能,即最大的电流密度,最低的起始电位以及92.1%的最高的FECO.而且Fe@NPC在流动池中可以获得更高的FECO(96.4%),同时能够在H-cell与流动池中均保持良好的稳定性.由于*COOH高能垒,它的产生被认为是高效电化学CO_(2)-CO转换的瓶颈.进一步采用原位衰减全反射-傅里叶变换红外(ATR-IR)来实时监测中间体,并深入探究Fe@NPC作用于CO_(2)还原过程的机理,观测到中间体*COOH的逐渐形成和积累,以及同一反应时间内*COOH在Fe@NPC上的更快动力学形成过程;进一步说明Fe位点与氮掺杂多孔碳之间的协同作用显著提高了Fe@NPC的CO_(2)的捕获能力和传质能力并加速了CO生成的动力学.本文以Fe@NPC为阴极组装了Zn-CO_(2)电池,发现该电池具有良好的充电放电性能,放电过程中可提供3.0 mW cm^(-2)的峰值功率密度,同时表现出良好的稳定性(120个循环),实现CO_(2)电还原与储能的良好结合,并表现出高效的能量转换装置的良好应用潜力.综上,本文为设计用于高选择性的CO_(2)还原反应和能量转换器件的铁基催化剂提供了一种新方法.

氮掺杂型纳米TiO_2在可见光及太阳光下的光催化性能研究

采用钛酸四丁酯为原料。以氨水水解-沉淀法制备出了氮掺杂型纳米TiO2催化剂（N／TiO2），以XRD、XPS、UV-Vis等手段对其进行表征；并通过对偶氮染料橙黄G的降解反应，研究了N／TiO2在可见光及太阳光下的光催化性能，探讨了pH值、外加H2O2氧化剂对光催化降解率的影响，并与P25型纳米TiO2进行了对比．结果表明，在可见光下。N／TiO2对橙黄G具有较高的催化活性，反应150min后降解率可达96．29％，显著高于P25型TiO2（42．55％）；在太阳光下。N／TiO2对橙黄G的光催化降解速率较快，反应60min降解率与P25型TiO2基本相同，分别为99．37％、99．94％；较低的pH值环境并适量添加H2O2可显著提高N／TiO2催化效率。在可见光及太阳光下的最佳pH值均为2—3，最佳H2O2加入量分别为0．5mL·L^-1、1．5mL·L^-1．

N-TiO_2/ZnO复合纳米管阵列的掺杂机理及其光催化活性

以ZnO纳米柱阵列为模板,采用溶胶-凝胶法制备出TiO2/ZnO和N掺杂TiO2/ZnO的复合纳米管阵列.扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)的结果表明:两种阵列的纳米管均为六角形结构,直径约为100nm,壁厚约为20nm;在N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列中,掺入的N离子主要是以N-Ox、N-C和N-N的形式化学吸附在纳米管表面,仅有少量的N离子以取代式掺杂的方式占据TiO2晶格O的位置;表面N物种形成的表面态能级和取代式掺杂导致带隙的窄化,增强了纳米管阵列的光吸收效率,促进了光生载流子的分离.光催化实验结果表明,N离子的掺杂有利于N-TiO2/ZnO复合纳米管阵列光催化活性的提高.

氮掺杂TiO_2纳米棒阵列的制备及光电化学性能研究

采用水热法在FTO玻璃上制备了TiO2纳米棒阵列,然后在氨气和氩气的混合气体中退火,得到氮掺杂TiO2纳米棒阵列。XRD及SEM测试结果表明产物均为金红石相,TiO2纳米棒阵列为倾斜生长在FTO衬底上,掺杂氮对产物的结构及形貌没有大的改变。XPS研究结果表明,N原子是以代替O原子的形式渗入TiO2纳米棒。通过光电化学研究,掺杂氮的TiO2纳米棒阵列比TiO2纳米棒阵列的光电流密度增加了66%。

TiO_2纳米管阵列光电催化氧化处理氨氮废水

用电化学阳极氧化法制备了高度有序的钛基二氧化钛纳米管阵列薄膜。用场发射扫描电镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)表征样品的形貌与晶型特征。以二氧化钛纳米管阵列为光阳极,石墨为对电极,测试了不同pH值和外加偏压条件下的光电流响应和光电催化氧化降解NH4Cl水溶液(以N计,100 mg·L-1)的效率。结果表明:所制备的TiO2纳米管阵列具有锐钛矿和金红石的混晶结构,且主要晶型为锐钛矿。光电流响应的强弱与光电催化氧化效率的高低相对应,降解氨氮废水的最佳条件为pH=11,偏压为1.0 V。

氮镍共掺杂TiO_2纳米管的制备及其光催化性能

为了制备在高温焙烧后能保持良好管形结构的可见光响应的TiO2纳米管,通过NH4Cl水-溶剂热和Ni(NO3)2浸渍法对传统水热法合成的TiO2纳米管进行掺氮和掺镍改性。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见漫反射(UV-vis DRS)和荧光光谱(PL)等方法对样品进行了表征,并以甲基橙(MO)为光催化降解模型,考察了可见光下制备的样品的光催化性能。结果表明,NH4Cl水-溶剂热掺氮处理可提高TiO2纳米管的管状结构的热稳定性;氮镍共掺杂元素之间的协同作用增强了催化剂对可见光的吸收能力,并且能有效地抑制光生电子空穴的复合,Ni/Ti添加量为0.3%的催化剂具有较高的光催化活性。可见光照射210min,氮镍共掺杂TiO2纳米管对MO的可见光降解率比单独氮和镍掺杂的TiO2分别提高了9.1%和21.2%。

SnS_(2)/ZIF-8衍生二维多孔氮掺杂碳纳米片复合材料的锂硫电池性能研究

锂硫电池(LSBs)因能量密度高、原料储量丰富、环境友好等优点引起了广泛关注。然而,多硫化物的穿梭效应、反应过程中较大的体积膨胀以及硫较差的电子电导率等缺点极大地限制了其发展。本研究设计了一种SnS_(2)纳米颗粒与ZIF-8衍生的花状二维多孔碳纳米片/硫复合材料(ZCN-SnS_(2)-S),并研究了其作为锂硫电池正极的电化学性能。其独特的二维花状多孔结构不仅有效缓解了反应过程中的体积膨胀,而且为Li+和电子的传输提供了快速通道,杂原子N也促进了对多硫化物的吸附作用。并且负载的极性SnS_(2)纳米颗粒极大地增强了对多硫化物的吸附,从而使ZCN-SnS_(2)-S复合材料表现出优异的电化学性能。在0.2C(1C=1675 mA·g^(–1))电流密度下,ZCN-SnS_(2)-S电极循环100次后仍能保持948 mAh·g^(–1)的高可逆比容量,容量保持率为83.7%。即使在2C的高电流密度下循环300圈,ZCN-SnS_(2)-S电极仍具有546 mAh·g^(–1)的可逆比容量。

氮掺杂TiO_2纳米粉体的制备及其可见光催化性能

以钛酸四丁酯和尿素为原料,采用溶胶-凝胶法制备了TiO2凝胶前驱体,干燥后在不同温度下进行热处理得到氮掺杂TiO2纳米粉体;以XRD,XPS,UV-Vis DRS等方法对氮掺杂TiO2纳米粉体的晶相、成分和光学性能进行了分析。结果表明,氮元素在TiO2晶格中主要以间隙掺杂形式存在,随着热处理温度升高和时间延长,TiO2粉体中氮的掺杂量逐渐减少。与纯TiO2纳米粉体相比,氮掺杂样品的吸收边均发生明显红移,最大吸收边达到700nm。亚甲基蓝在可见光下的降解实验表明,氮掺杂产物具有良好的可见光催化活性。

硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究

通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长。X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制了金红石相的生成及晶粒的长大。紫外-可见漫反射分析表明Si掺杂的TiO2纳米管吸收边带发生了明显的蓝移,并且在紫外区的吸收强度明显增强。与未掺杂的TiO2纳米管相比,Si掺杂TiO2纳米管电极的紫外光电化学响应显著提高,其光电流密度是未掺杂的1.48倍。硅掺杂TiO2纳米管阵列光电催化降解五氯酚的动力学常数(1.651h-1)是未掺杂TiO2纳米管电极(0.823h-1)的2.0倍。

氮和碳共掺杂TiO_2纳米晶的制备及可见光催化性能

以钛酸四丁酯为钛源,冰醋酸为抑制剂,超细铵盐为固体载体,采用新型溶胶-凝胶法制备了氮和碳共掺杂TiO2纳米晶(N-C-TiO2)光催化剂.透射电子显微镜(TEM)结果表明,N-C-TiO2样品颗粒均匀,尺寸细小,且分散性好;热失重分析(TGA)、X射线粉末衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)研究结果表明,复合干凝胶经低温热处理,使铵盐载体分解、挥发去除,样品为单一的锐钛矿相,N和C原子扩散进入晶格结点或间隙位置,与TiO2化学键结合;氮气等温吸附-脱附结果表明,样品比表面积高达356 m2/g,孔体积为0.27 mL/g.以氙灯为可见光光源,罗丹明B水溶液为模拟污染物,P25为参比催化剂,在辐射强度为100mW/cm2的可见光照射条件下,N-C-TiO2具有很高的光催化活性,其可见光催化活性明显高于P25.

F掺杂TiO_2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构

采用电化学阳极氧化法,在纯Ti表面一步制得原位生长的F掺杂TiO2纳米管阵列.对煅烧后样品进行扫描电镜(SEM)、X射线多晶衍射(XRD)表征.结果表明,所得TiO2纳米管排列整齐、平均管径约40 nm,平均管长约700 nm.XPS蚀刻分析发现,少量F原子以F-Ti-O键的形式掺杂进了TiO2晶格,同时产生活性物质Ti3+.可见光照射下,在0.25 V(vs SCE.)外加阳极偏压下,673 K煅烧后F-TiO2具有最高瞬态光电流密度(Iph)8.2μA/cm2,这与光电极表面的Ti3+有关.进一步的电子结构分析也表明,F掺杂未明显改变TiO2带宽.

铁掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化性能

以硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法一步合成Fe3+掺杂的TiO2纳米管阵列.用扫描电镜(SEM)、X-射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-VIS)等测试方法对催化剂进行表征,并通过可见光光催化降解甲基橙溶液,测定其光催化活性.结果表明:高度致密,规整有序的纳米管阵列垂直生长在钛基底表面,管长约2μm,管径50nm左右;Fe3+的掺杂使锐钛矿相特征峰(101)晶面向2θ的小角度发生偏移,抑制锐钛矿相向金红石相的转变,紫外-可见漫反射吸收峰红移,吸收强度减弱;Fe3+的掺杂能有效提高TiO2纳米管阵列的光催化活性.

钴离子(Co(2＋))掺杂TiO2纳米管阵列的光生阴极保护行为

应用电化学阳极氧化法在纯钛箔表面构筑TiO2纳米管阵列膜,借助离子交换法对纳米管阵列膜作钴离子(Co2+)掺杂.扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)观察膜层的形貌和晶型,紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、光电化学分别测试Co2+掺杂TiO2纳米管阵列在不同波长范围内的光电响应特性和光生阴极保护行为,考察Co2+掺杂量对TiO2纳米管阵列几何尺寸、形貌和光电性能的影响.结果表明,掺杂适量Co2+形成的杂化能级可有效窄化TiO2带隙宽度,并使光响应扩展至可见光区.Co2+掺杂TiO2纳米管阵列膜在400～650 nm波长范围有较强的光吸收,对403不锈钢光生阴极保护作用明显.

V掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及光催化研究

以钒钛合金为原料,应用阳极氧化法制备出高度致密、有序的V掺杂TiO2纳米管阵列。应用扫描电镜(SEM)和粉末X光衍射仪(XRD)表征分析纳米管阵列的形貌和结构,结果表明在浓度不同的HF电解液下制备出径向不同的纳米管阵列,电解液浓度(0.5%～1.5%(质量分数)),管径变化(39.7～72.7nm)。在室温、可见光照射条件下,以10mg/L的亚甲基蓝溶液为模拟污染物进行光催化降解试验,研究了其光催化性能。结果显示V掺杂TiO2纳米管阵列光催化性能优于纯TiO2纳米管,且在HF电解液浓度为1.0%(质量分数)时制备出来的TiO2纳米管光催化降解有机毒物性能最佳。

铁掺杂TiO_2纳米管阵列制备及其光电化学性质

应用电化学阳极氧化法,以Fe（NO3）3-HF的混合水溶液作电解液在Ti基底上制备Fe掺杂TiO2纳米管阵列.FESEM、Raman、XPS、DRS等测试表明：经Fe掺杂的TiO2纳米管阵列,管径50-90 nm,管长约200nm.与未掺杂TiO2纳米管阵列相比,前者的紫外可见起始吸收带边随着Fe掺入量的增加而红移;而光电化学性质如光电流也随之显著提高.