p-n异质结NiO/TiO2纳米复合材料的构建及应用研究进展

TiO_2和NiO分别作为n型和p型半导体材料,通过复合构建p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料可以促进光生电子-空穴对的分离,从而提高光电性能。综述了不同形貌的p-n异质结NiO/TiO_2纳米复合材料的构建,如纳米球、纳米棒和纳米带等,以及其在光催化、锂离子电池、染料敏化太阳能电池和传感器等领域中的最新研究进展。

NiO/TiO2纳米纤维的制备、表征及光催化性能

采用静电纺丝和程序升温焙烧的方法制备了NiO/TiO2纳米复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)、紫外可见漫反射光谱(UV-visDRS)等测试技术对样品的结构与性能进行了表征,并研究了该催化剂在可见光下对有机染料罗丹明B催化降解反应的活性.结果表明,合成的NiO/TiO2复合纳米材料尺寸均匀,该催化剂相对于纯的TiO2具有更强的紫外光吸收性能,煅烧温度为600℃时,NiO/TiO2的光催化活性最高.而且,该催化剂也可被循环使用,这使得该复合光催化剂具有广阔的应用前景.

NiO/TiO_2纳米管阵列异质结电极的制备及光电化学性能

采用阳极氧化方法在金属钛表面制备TiO2纳米管阵列,管内径为60～90 nm,壁厚约为15 nm,长度为600 nm,通过化学镀Ni并结合空气中热处理过程,在TiO2表面生长出NiO纳米颗粒层,厚度约为200 nm,颗粒尺寸为20～40 nm,获得异质结型NiO/TiO2纳米管阵列复合电极.结果表明,在100 mW/cm2的辐照下,该光阳极可提高其光电化学特性.在0.65 V偏压时的光电流密度和光电转换效率分别为3.05 mA/cm2和1.41%.

焙烧条件对NiO/TiO_2催化剂结构和脱硝性能的影响

以锐钛矿型纳米TiO_2为载体,浸渍负载过渡金属氧化物,制备NiO/TiO_2催化剂,并考察其脱硝性能。以计算量的Ni(NO_3)_2和Fe(NO_3)_3混合溶液浸渍纳米TiO_2粉末,室温下搅拌30 min至混合均匀,放入旋转蒸发器,70℃和0.08 MPa条件下至水分蒸干。在空气中,以不同的温度和时间焙烧,得到负载质量分数均为10%的NiO/TiO_2脱硝催化剂。XRD和TPR研究表明,高温会使锐钛矿型TiO_2向金红石型转化,NiO也会与TiO_2反应生成固熔体;而焙烧时间对催化剂结构影响不大。各催化剂样品对NO+CO反应都有较高的活性。

Au-NiO/TiO_2催化剂上甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢的比较研究

研究了共沉淀法制备Au-Ni O/Ti O2甲醇制氢催化剂,考察了甲醇自热重整和水蒸汽重整制氢反应条件如反应温度、氧(或水)醇比等对甲醇转化率、氢气产率和二氧化碳选择性的影响。研究结果表明:对于甲醇自热重整反应,当温度为200℃,进料空速(WHSV)为3.42 h-1,n(O2)∶n(CH3OH)=0.30时,催化剂活性最好;对于甲醇水蒸汽重整反应,最佳反应条件为:反应温度275℃,n(H2O)∶n(CH3OH)=1.0,液体进料空速为3.42 h-1。

球磨法制备p-n结型光催化剂NiO/TiO_2

本文采用n-TiO2粉末与p-NiO粉末按一定比例经球磨形成p-n结型NiO/TiO2光催化剂。研究了NiO的掺杂比及球磨时间对光催化活性的影响,并探讨了p-n结型NiO/TiO2光催化剂的催化机理。实验结果表明:球磨法制备的p-n结型NiO/TiO2光催化剂比纯TiO2粉末的催化活性均有所降低。在0-48小时内,当球磨时间为12h时,掺杂比为1‰的p-n结型NiO/TiO2光催化剂的活性最大,在紫外光降解20min时,其对Cr6+的降解率为20.63%,对NO-2的降解率为29.06%。

NiO在γ-Al_2O_3及 TiO_2/γ-Al_2O_3载体上的表面存在状态

本文采用 LRS， XRD， UV-DRS， TPR考查了γ-Al2O3上 TiO2的分散容量，分散态 Ti4＋离子的配位环境； NiO在经 TiO2改性后的γ-Al2O3载体上的分散容量。结果表明：（ 1） TiO2在γ-Al2O3表面的分散容量约为 0.62 mmol/100m2γ-Al2O3,当 TiO2含量低于该分散容量时 Ti4＋在γ-Al2O3载体表面以嵌入形式呈离子态分布；而含量高于分散容量时还有结晶态的 TiO2出现。（ 2） NiO在 TiO2/γ-Al2O3载体表面的分散容量约为 1.1 mmol/100m2γ-Al2O3,比之在γ-Al2O3载体表面的分散容量 (1.5mmol/100m2γ-Al2O3)要低，这是由于γ-Al2O3表面上部分空位被 Ti4＋离子占据。用表面相互作用的“嵌入模型” (Incorporation Model）讨论了这些结果。

介孔复合半导体NiO-TiO_2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.

静电纺丝技术制备TiO_2/NiO复合中空纳米纤维及光催化性能

采用醋酸镍与钛酸丁酯为前驱体制备壳层纺丝液,芯层选用芝麻油,通过同轴静电纺丝技术,制得醋酸镍-钛酸丁酯/PVP复合纤维,在550℃烧结2 h后,得到Ti O2/Ni O复合中空纳米纤维。研究不同内外推进速度比对复合纤维中空结构的影响,采用XRD对样品的组成进行表征,通过SEM和TEM对样品形貌进行观察,并检测样品在紫外光照射下对亚甲基蓝的催化降解率。结果表明:制得的Ti O2/Ni O复合中空纳米纤维平均直径为111.6±57.2nm,当内外推进速度比为1∶6时复合纤维的中空结构良好。在90 min紫外灯照射后,对浓度为0.4 mg/L的亚甲基蓝分解率为82.1%,较Ti O2纳米纤维和Ti O2/Ni O复合纳米纤维分别提高了57.2%和13.9%。

静电纺丝技术制备NiO@Al_2O_3@TiO_2同轴三层亚微米电缆及其形成机理

采用静电纺丝技术制备了[Ni(CH3COO)2+PVP]@[Al(NO3)3+PVP]@[Ti(OC4H9)4+CH3COOH+PVP]前驱体复合电缆,将其进行热处理后,制得了NiO@Al2O3@TiO2同轴三层亚微米电缆.采用热重-差热(TG-DTA)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线能量色散谱(EDS)、能量色散型X射线荧光光谱(EDX)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等技术对样品进行了表征.结果表明,所得产物为NiO@Al2O3@TiO2同轴三层亚微米电缆.亚微米电缆芯层为NiO,直径约135～140 nm;中间层为Al2O3,厚度约215～220 nm;壳层为TiO2,厚度约155～160 nm.对NiO@Al2O3@TiO2同轴三层亚微米电缆的形成机理进行了探讨.

NiO/WO_3/TiO_2-Al_2O_3催化正庚烷临氢异构化

采用溶胶凝胶法制备了TiO2-Al2O3复合载体,用分步浸渍法制备了NiO/WO3/TiO2-Al2O3催化剂。在常压连续流动固定床反应器上考察了NiO/WO3/TiO2-Al2O3对正庚烷临氢异构化反应的催化性能。研究了催化剂中WO3含量、Ni含量、焙烧温度和还原温度及催化反应温度对临氢异构化反应的影响。采用XRD和BET方法对催化剂进行了表征。结果表明,当w(WO3)=25%、w(Ni)=10%时,所制备的NiO/WO3/TiO2-Al2O3催化剂对正庚烷异构化反应的催化性能最好,活性可达15.50%,选择性可达84.06%。

金属氧化物(Fe2O3,CuO,NiO)改性对TiO2纳米管阵列光电催化活性的增强效应(英文)

采用阳极氧化法和阴极电沉积法制备了Fe2O3,CuO和NiO纳米粒子改性的高度有序的TiO2纳米管(TiO2-NT)阵列.运用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM),透射电子显微镜(TEM),X射线衍射(XRD)和紫外-可见漫反射光谱等手段对Fe2O3/TiO2-NT、CuO/TiO2-NT和NiO/TiO2-NT复合电极进行表征.以苯酚为模拟污染物,考察复合电极的光电性能.结果表明,金属氧化物(Fe2O3,CuO,NiO)纳米粒子成功沉积在TiO2-NTs的管口、内壁和管底.金属氧化物改性复合电极的光电催化活性比未改性的TiO2-NTs提高了2倍以上.Fe2O3/TiO2-NTs在可见光区显示出最高的吸收强度.以Fe2O3/TiO2-NTs为阳极处理苯酚废水,光照120min后苯酚去除率达到96%,而未改性的TiO2-NTs的苯酚去除率只有41%.此外,Fe2O3/TiO2-NTs在生成低毒中间产物方面表现出良好的性能.较高的复合电极光电催化活性主要是由于TiO2纳米管和过渡金属氧化物纳米粒子间构筑的高界面面积异质纳米结构,有效地促进了电子转移,抑制了光生电子-空穴对的复合.

等离子体改性制备NiO-TiO_2/SiO_2及其对甲基橙的降解性能

以正硅酸乙酯、异丙醇、钛酸丁酯、硝酸镍为主要原料,采用等离子体改性法制备了负载型NiO-TiO2/SiO2复合半导体材料,利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)等手段对催化剂的性能进行了表征,并考察了催化剂对甲基橙溶液的光催化降解性能。实验结果表明,所制得的复合半导体材料具有较高的比表面积,NiO的加入促进了载体表面的分散程度,有效地抑制了光生电子与空穴的复合从而增强了对可见光的吸收性能,而催化剂经等离子体处理后在分散性、稳定性方面也有了一定提高,材料的光催化性能得到改善。

Ti基表面NiO修饰纳米TiO_2电极材料的制备及电催化活性

在无水乙醇和乙酰丙酮混合溶液中,电解Ti、Ni金属制得电极材料前驱体NiTim(OR)3m+1(acac)m+1。将其直接水解、干燥后在550℃煅烧2h,制得纳米NiO/TiO2粉体。通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、电子透射显微镜(TEM)测试表明,前驱体中含有乙酰丙酮基[acac-],颗粒平均尺寸为20nm。通过电合成与沉积得到高活性的纳米NiO/TiO2修饰电极,采用循环伏安和循环方波伏安研究NiO/TiO2电极在H2SO4溶液中的氧化还原行为以及还原草酸的电催化活性。结果表明,NiO/TiO2电极在1mol·L-1H2SO4溶液中有两对氧化还原峰Epc1=-0.61V,Epc2=-1.05V(vs·SCE),掺杂Ni电极的放电电流明显增大,达75mA·cm-2。间接电还原草酸为乙醛酸,收率和电流效率分别达93%和96%。

NiO/TiO_2-B一维纳米复合材料的制备及在锂离子电池中的应用研究

通过水热法及均匀沉淀法制备了NiO/TiO2-B一维复合纳米材料。利用XRD、SEM等表征了纳米带的结构与形貌,采用恒电流充放电、CV等手段,对制备的复合纳米材料电极进行了电化学性能测试。结果表明,采用水热法及均匀沉淀法可以较为便捷的制备出NiO/TiO2-B纳米带,而且负载NiO后纳米带电化学性能得到了明显的提升,在0.1C倍率条件下首次放电容量可以达到304 mAh/g,高于纯TiO2-B纳米带的234 mAh/g;在1C的倍率下复合材料的首次放电容量可以达到233 mAh/g,容量提升了33.9%;在200次循环后容量仍能保持129 mAh/g。

Mo在NiO/Al_2O_3-TiO_2催化剂中助催化作用的研究

采用引入钼组分的办法,调变NiO-TiO2-Al2O3体系的性能。TPR结果发现,含Mo催化剂产生了还原性能不同的多 种镍原子位。当n(Ni):n(Mo)=3．04时,形成了3个还原峰:峰Ⅰ为362．5℃,与纯NiO的最高还原峰接近;峰Ⅱ位于 482．1-491．6℃之间,与NiO-TiO2-Al2O3催化剂tm为483．4℃接近,峰形都比较宽;在430．2℃还存在1个还原态(峰 Ⅲ),说明骨架内作用的复杂性。可以推测,催化剂中加入Mo后,减弱了Ni与载体之间的相互作用力,生成了容易被还原的, 类似于纯NiO样品的Ni原子位。同时,Mo的引入增加了NiO-TiO2-Al2O3催化剂的氢化学吸附量。在Mo含量较低时,即 当n(Ni):n(Mo)=5．22和9．47时,表面镍原子浓度不高,耗氢量也低于粉状纯NiO催化剂的。随着Mo含量的增加,当 n(Ni):n(Mo)=3．69和3．04时,表面镍原子浓度高,单位质量金属镍的耗氢量远高于其它样品。证明Mo的突出作用是 提高了催化剂中活性组分镍的分散度。高钼的NiO-MoO3-TiO2-Al2O3型催化剂的选择性加氢脱芳烃精制煤油的芳烃含量 平均低于200 μg/g,所用的反应条件是,反应温度180℃,压力1．2 MPa,LHSV2．0 h-1,氢油体积比500: 1。表明n(Ni) :n(Mo)=3．04-5．22的NiO-MoO3-TiO3-Al2O3型催化剂的加氢脱芳烃性能满足煤油脱芳烃和除味的要求。

p-n异质结TiO_2/NiO光催化剂的制备及其性能研究

采用溶胶凝胶和浸渍煅烧相结合的方法,制备出了具有p-n异质结结构的球形二氧化钛表面负载氧化镍颗粒的复合光催化剂.利用XRD、TEM、UV-Vis和PL等方法对催化剂的晶相组成、微观结构、吸光性能和光致发光性能等进行了表征.结果表明氧化镍晶粒与二氧化钛晶粒紧密接触形成p-n异质结.氧化镍颗粒的负载使复合光催化剂的吸收带边发生了明显的红移,并进入了可见光区.形成的p-n异质结促进了二氧化钛光生电子和空穴的分离,从而降低了其本征发光光强度.通过在可见光条件下对亚甲基蓝的降解研究了其光催化性能,结果表明,氧化镍颗粒的负载使二氧化钛的光催化效果在可见光区有了显著地提高,并在一定范围内随着氧化镍含量的增加光催化效果也随之提高.

NiO对Au/TiO_2催化甲醇水蒸汽重整制氢性能的影响

采用沉积—沉淀方法制备了一系列Au—NiO/TiO2催化剂,考察了助剂NiO的加入量、焙烧温度对催化活性的影响。研究表明:助剂NiO的加入可以明显提高Au—NiO/TiO2催化甲醇水蒸汽重整制氢的活性;Au与NiO的配比存在最佳值,当Au负载量(质量分数)为2%,Au与NiO的质量比为1∶5时,催化效果最佳;2%Au—10%NiO/TiO2催化剂的催化活性随焙烧温度的升高而降低。

膨胀石墨/TiO_2/NiO对原油的吸附及被吸附原油的降解性能研究

将硝酸镍与氨水的反应产物、异丙醇钛盐和水洗并干燥后的可膨胀石墨混合,加热,制备出膨胀石墨/ TiO_2/NiO复合吸附材料。分别采用SEM、XRD和FT-IR对产物进行了表征,测定了产物对原油的最大吸附量,并对比了吸附在膨胀石墨/TiO_2和膨胀石墨/TiO_2/NiO中原油的降解程度。结果表明:每克膨胀石墨/TiO_2/NiO最多可吸附原油56g;在紫外光(UV)照射下,吸附在膨胀石墨/TiO_2和膨胀石墨/TiO_2/NiO中的原油均能被降解掉,其中吸附在膨胀石墨/TiO_2/NiO中的原油远比吸附在膨胀石墨/TiO_2的原油降解得快。

纳米TiO_2、NiO和CuO的制备、表征及催化苯酚羟基化反应研究

分别采用均匀沉淀法和固相法合成纳米级的TiO2,NiO和CuO颗粒,用XRD,TEM等对其结构和形貌进行了表征,用纳米TiO2,NiO和CuO为催化剂,对苯酚羟基化反应的活性进行研究。结果表明,纳米TiO2,NiO和CuO颗粒催化苯酚羟基化反应具有较好的催化活性,苯酚的转化率分别达到25.3%,28.3%和27.5%。