锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的制备及其在钙钛矿太阳电池中的应用

在钙钛矿太阳电池中,定向生长的TiO_(2)纳米棒阵列具有可控的排列结构,能够为电子的传输提供有序的径向传输通道,从而改善电子在界面间的分离与传输。本文通过水热法成功制备了长度为400 nm、直径为65 nm、面密度为160μ·m^(-2)的锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列,使用摩尔比n(CH_(3)NH_(3)I):n(CH_(3)NH_(3)Br)=85:15的CH_(3)NH_(3)PbI_(3-x)Br_(x)薄膜作为钙钛矿光吸收层,spiro-OMeTAD作为空穴传输层组装了基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池,研究了不同纳米棒阵列对钙钛矿太阳电池光伏性能的影响,结果表明,基于锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列钙钛矿太阳电池在相对湿度为54%的空气环境下取得了14.35%的光电转换效率。

CdS纳米颗粒修饰黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管用于高效光催化制氢研究

使用高效分级的半导体光催化剂进行光催化分解水产氢是解决目前面临的能源和环境危机的一个很有前景的策略。在这项工作中,通过阳极氧化法和NaBH 4氢化还原TiO_(2)纳米管阵列以及溶热法设计并制备立方稳态闪锌矿CdS NPs修饰于黑色Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管的三元复合光催化剂。从扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)的分析结果中可以确认CdS NPs在Ti^(3+)/TiO_(2)纳米管中的负载情况。样品BTC-1∶1表现出较高的催化性能(氢气生成率为2.77mmol/(g·h),明显高于B-TiO_(2)和CdS,分别约13倍和3.6倍)。构建异质结可以拓宽可见光的响应范围,也可以分离电子-空穴对,同时保留较高的电子-空穴氧化还原电位用于光催化反应。该研究为制备高效光解水产氢材料提供了合理的设计。

基于聚吡咯/TiO_(2)纳米管阵列的邻苯二甲酸二乙脂分子印迹光电化学传感器

以邻苯二甲酸二乙酯(DEP)为模板分子,以吡咯为功能单体,在阳极氧化制备的TiO_(2)纳米管阵列(TiO_(2) NTs)中,通过电聚合法沉积分子印迹聚吡咯(MIP-PPy),构建MIP-PPy/TiO_(2) NTs传感器,用于光电化学检测DEP。采用恒电位i-t曲线和交流阻抗法研究了光电化学传感器的性能。结果表明:MIP传感器对DEP分子表现出优异的光电化学响应和识别能力,在含0.5 mg/L DEP的0.1 mol/L Na 2 SO 4水溶液中,MIP-PPy/TiO_(2) NTs修饰电极的光电流变化明显大于非印迹PPy/TiO_(2) NTs(NIP-PPy/TiO_(2) NTs)修饰电极。MIP-PPy/TiO_(2) NTs传感器的光电流与DEP浓度在0.05~2.80 mg/L范围内呈良好的线性关系,线性方程I(μA)=1.026+1.156 c(mg/L),检出限为0.02 mg/L(S/N=3)。

SnS_(2)/TiO_(2)纳米管阵列光电催化降解诺氟沙星

通过电沉积法将SnS_(2)纳米颗粒沉积在阳极氧化的TiO_(2)纳米管上,制备了SnS_(2)/TiO_(2)纳米管阵列(NTs)电极。对SnS_(2)/TiO_(2)NTs电极的微观形貌和结构进行了表征,研究了电极的光电化学性质。表征结果显示,SnS_(2)/TiO_(2)NTs电极的光吸收带边发生明显红移,光电流密度可达1.49 mA/cm^(2),短时间光电流密度为0.38 mA/cm^(2)。实验结果表明,SnS_(2)的负载降低了电极中光生电子-空穴的复合率,提高了光电催化对诺氟沙星(NOR)的降解效率,反应180 min后SnS_(2)/TiO_(2)NTs电极对NOR的降解率高达92%。·O_(2)-、·OH及SnS_(2)价带上的空穴是参与光电催化降解NOR的活性氧物种。

锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列的制备及其应用

为系统研究锐钛矿相的TiO_(2)纳米棒阵列的转化时间对其微结构与相应Sb_(2)S_(3)太阳电池光伏性能的影响,通过使用水热法在FTO导电玻璃/TiO_(2)致密层衬底上沉积了长度、直径、面密度分别为510nm、45nm、250μm^(-1)的ZnO纳米棒阵列,以FTO导电玻璃/TiO_(2)致密层/ZnO纳米棒阵列为模板,利用(NH_(4))_(2)TiF_(6)和H_(3)BO_(3),将ZnO纳米棒阵列成功地转化为锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列。使用SbCl_(3)与Tu配合物的DMF溶液作为前驱体溶液,通过旋涂热解法在所得锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列上沉积了Sb_(2)S_(3)薄膜,以spiro-OMeTAD作为空穴传输层,组装了Sb_(2)S_(3)敏化TiO_(2)纳米棒阵列太阳电池。以FTO导电玻璃/TiO_(2)致密层/锐钛矿相TiO_(2)纳米棒阵列为衬底组装的全固态Sb_(2)S_(3)太阳电池获得了4.96%的光电转换效率。

乙醇辅助低温水热法生长TiO_(2)纳米棒阵列

本文采用乙醇作为添加剂,通过低温水热法在透明导电玻璃衬底上制备晶化良好的金红石相TiO_(2)纳米棒阵列。对样品进行了X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等结构形貌表征和光电化学性能测试。实验发现乙醇加入有利于前驱物水解缩聚反应,同时提高水热反应压力,促进TiO_(2)晶粒低温成核和生长,从而实现70℃直接在基底表面生长出TiO_(2)纳米棒阵列。通过调控水热反应温度、时间以及乙醇添加量等参数可有效调控TiO_(2)纳米棒阵列的形貌,改善其光电化学性能。同时低温水热制备工艺也降低了对衬底材料的限制,拓展了TiO_(2)纳米棒阵列的应用领域,表现出良好的应用前景。

阳极氧化TiO_(2)纳米管阵列调控与应用研究进展

简述了阳极氧化TiO_(2)纳米管阵列(titanium oxide nanotube array,TNAs)的形成机制,在光催化、传感器、生物医用和太阳能电池等领域的研究进展,详细介绍阳极氧化工艺参数(如电压、温度、时间、pH值、氟离子和添加剂等)对TNAs阵列形态结构的影响。对目前的研究进展进行了展望,并对未来的研究提出了建议。

TiO_(2)纳米管阵列的制备及光电转化性能研究

先采用电化学沉积法,以ZnCl_(2)作为电沉积液,在FTO导电玻璃基底上制备了ZnO纳米棒阵列结构。然后,以ZnO纳米棒阵列作为模板,采用溶胶-凝胶方法在其表面制备TiO_(2)薄膜。最后,用HCl溶液去除模板,得到TiO_(2)纳米管阵列。通过扫描电子显微镜、X射线能谱仪、X射线衍射仪等技术对样品的结构、表面形貌及组成进行了表征。研究了电解液浓度对ZnO薄膜表面形态的影响,以及溶胶-凝胶过程中溶胶陈化时间对TiO_(2)结构的影响。并将TiO_(2)纳米管阵列作为染料敏化电池阳极,研究材料的光电转化效率。结果表明:电解液浓度为0.015 mol/L时沉积的ZnO质量较高,以该条件下制备的ZnO为模板,陈化时间为12 h时,可制备出尺寸均一,结构较好的有序TiO_(2)纳米管阵列。将陈化时间为12 h下制备的TiO_(2)纳米管阵列组装至DSSC电池中,电池的效率可高达40%。

在AAO模板上用溶胶—凝胶法制备TiO_2纳米管阵列

用二次阳极氧化法在草酸电解液中制备出有序多孔阳极氧化铝(AAO)模板,采用溶胶-凝胶法在负压辅助条件下用钛酸四丁脂Ti(OC_4H_9)_4为TiO_2前驱体溶胶浸渍AAO模板,450℃下热处理制备长度和孔径可控的TiO_2纳米管的阵列结构.剥离去除模板后,用FE-SEM、XRD对产物形貌、晶型进行表征和分析.结果表明,制备的TiO_2纳米管长约3μm,外径130 nm,内径100 nm,与AAO模板的孔径相当,且单根TiO_2纳米管分散性较好,管与管之间无团聚,说明负压辅助可提高TiO_2纳米管的连续性.XRD分析显示,TiO_2纳米管呈锐钛矿相晶型.

Ag纳米粒子在TiO_(2)四棱柱阵列上的可控生长及其SERS效应

采用水热法在导电玻璃FTO导电面上沉积TiO_(2)四棱柱阵列;并以其为基体,分别采用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)还原Tollens试剂以及柠檬酸三钠(TSC)还原硝酸银溶液,将Ag纳米粒子(AgNPs)沉积在TiO_(2)四棱柱阵列上形成TiO_(2)@AgNPs-PVP和TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底.实验结果表明, Ag纳米粒子在TiO_(2)四棱柱阵列上的尺寸和分布可通过改变Tollens试剂的浓度和TSC还原硝酸银溶液的反应时间来调控,进而优化基底的SERS灵敏度. TiO_(2)@AgNPs-PVP微纳结构对罗丹明6G(R6G)的检出限为10^(-12)mol/L,对低活性小分子三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL;TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构对R6G的检出限为10^(-10)mol/L,对三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL. TiO_(2)@AgNPs-PVP和TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构基底的SERS活性、循环可回收性与还原剂种类紧密相关:包覆在Ag纳米粒子上的PVP可以作为隔离层避免Ag纳米粒子直接接触,防止电磁场耦合作用减弱,增强基底的SERS活性;同时, PVP是一种水性聚合物,有较强的亲水性,作为循环可回收SERS基底使用时,吸附小分子物质清洗难度较大.

S,N共掺杂TiO_(2)纳米管作为钠离子电池负极的储钠性能

合理的结构设计和单原子掺杂可以明显提高二氧化钛(TiO_(2))作为钠离子电池负极的储钠性能。然而单原子掺杂在TiO_(2)中较低的掺杂质量分数与单一的功能作用阻碍了TiO_(2)作为钠离子电池负极电化学性能的进一步增强,因此研究了高质量分数掺杂和双原子掺杂对TiO_(2)储钠性能的影响。通过砂纸打磨对钛箔表面进行预处理除去氧化层,在含有0.56 g的NH_(4)F、5 mL的H_(2)O和95 mL的乙二醇(EG)溶液中,在20 min内通过施加阳极氧化电压60 V,在室温环境下对钛箔进行阳极氧化,在其表面生长出TiO_(2)纳米管阵列;以CH4N2S作为N源和S源,使用退火的方式对TiO_(2)纳米管阵列进行掺杂,得到S,N共掺杂的TiO_(2)纳米管阵列。实验结果表明,S,N共掺杂TiO_(2)的质量分数分别为1.53%和4.76%时,显著提高了TiO_(2)的电导率,加快了钠离子转移动力学。另外,TiO_(2)作为钠离子电池负极表现出强大的倍率性能和长循环性能,在0.1C(1C=335 mA·g^(-1))的电流密度下,S,N共掺杂TiO_(2)电极保持296.6 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,在25.0C的电流密度下保持158.1 mA·h·g^(-1)的可逆电荷比容量,并在约3500圈循环后的可逆电荷比容量保持率高达94.8%。相较于单掺杂,双掺杂使掺杂质量分数更高并产生协同效应,该策略为制备出优异性能的电极材料提供了参考。

Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TiO_(2)纳米管阵列的制备与光电催化性能

为提高TiO_(2)的可见光光电催化活性,本文用Bi_(2)MoO_(6)和碳量子点(CQDs)对TiO_(2)纳米管阵列(TNA)进行了改性。以CQDs、Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O和Na_(2)MoO_(4)为原料,通过简单的溶剂热法,在TNA中沉积了CQDs和Bi_(2)MoO_(6),成功制备了新型Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA。扫描电镜(SEM)和元素mapping分析结果表明,CQDs和Bi_(2)MoO_(6)成功涂覆在TNA管壁上。通过在可见光下降解甲基橙(MO)溶液,评价了所制备的光催化剂的光电催化性能。结果显示,经3 h的光电催化降解,Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA对MO的去除率比Bi_(2)MoO_(6)/TNA高32%。CQDs优异的上转换光致发光(UCPL)性能促进了TiO_(2)在可见光下被激发产生光生载流子,同时Bi_(2)MoO_(6)与TiO_(2)的耦合抑制了光生载流子的复合,从而提高了Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA的光电催化活性。

CuO纳米片原位修饰TiO_(2)复合电极材料的制备及其性能

为研究水热反应时间和干燥时间对CuO纳米片阵列微观形貌的影响,以微弧氧化—水热合成法在Ti箔表面原位生长CuO纳米片修饰的TiO_(2)复合膜层,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪观察分析CuO纳米片的微观形貌以及复合膜层的物相组成,并对其进行循环伏安测试、交流阻抗测试以及充放电性能测试。结果表明:随着水热反应时间的增加,CuO纳米片阵列从整齐均匀逐渐出现异向生长,直至纳米片阵列被破坏;随着真空干燥时间的增加,TiO_(2)表面形成均匀的CuO纳米片阵列,但真空干燥时间过长会使纳米片阵列遭到破坏;在水热反应5 min,真空干燥2 h时,获得大小均匀、形貌规则的CuO纳米片。在500 mA/g电流密度下,TiO_(2)/CuO电极放电比容量为430.60 mA·h/g,相较TiO_(2)电极提高了52%,100次循环后TiO_(2)/CuO电极和TiO_(2)电极的容量保持率分别为88.45%、77.17%,这表明原位生成CuO纳米阵列明显提高了TiO_(2)电极的循环稳定性。

阳极氧化工艺及改性对TiO_(2)纳米管阵列薄膜疏水性的影响

采用阳极氧化法在钛片表面制备TiO_(2)纳米管阵列薄膜,研究了不同氧化电压(15~25V)和时间(0.5~2h)下薄膜的微观结构;采用硬脂酸对其进行改性,分析了薄膜改性前后的润湿性能。结果表明:TiO_(2)纳米管平均管径和管间距随氧化电压增大而增大,随氧化时间的变化不明显,而表面结构均匀性则受氧化时间影响,氧化2h的结构均匀性较好;改性前薄膜表面呈亲水性,改性后呈疏水性,且改性前越亲水则改性后越疏水;氧化时间对改性薄膜水接触角的影响较大,不同电压下阳极氧化2h制备得到薄膜改性后均呈超疏水性,20V/2h下制备得到薄膜改性后的平均水接触角最大,可达159.7°。

BiOBr/TiO_(2)纳米管阵列薄膜的制备及其光催化降解双酚A的性能研究

研究了采用阳极氧化—连续离子层吸附反应法在TiO_(2)上原位制备BiOBr/TiO_(2)纳米管阵列(BiOBr/TNTAs)薄膜,并采用SEM、XRD、XPS和电化学工作站等手段进行分析表征,以及在可见光下以BiOBr/TNTAs催化降解双酚A。结果表明:BiOBr/TNTAs薄膜比TNTAs的光催化活性更强;浸渍7次后形成的BiOBr/TNTAs有更好的光催化活性,对双酚A的降解率达81.2%,降解过程符合准一级动力学模型,反应速率常数为5.36×10^(-3) min^(-1),为TNTAs的6倍。自由基捕获试验结果表明,降解过程中,·OH起主导作用。

TiO_(2)纳米管阵列的阳极氧化法制备及其改性研究进展

TiO_(2)纳米管(TiO_(2)NTs)阵列作为一种新型的三维立体纳米材料,凭借其独特、规整有序的空心管状结构和优异的光电化学性能受到越来越广泛的关注。对TiO_(2)NTs阵列的阳极氧化法制备及其原理进行了介绍。针对TiO_(2)NTs对可见光响应范围窄、光生电子-空穴对复合率高的问题,总结了TiO_(2)NTs阵列的掺杂、复合以及表面酸修饰等改性方法。阐述了当前TiO_(2)NTs阵列的研究现状,对今后的研究重点和方向提出了展望。

响应面法优化Fe/TiO_(2)纳米管阵列的制备及其光催化性能研究

以钛片为基底、硝酸铁为铁源,采用阳极氧化法和常压热水自组装法制备铁掺杂改性的TiO_(2)纳米管阵列(TNTs)。以可见光下甲基橙(MO)的降解率为评价指标,考察了不同因素对MO降解率的影响,并采用响应面法优化了工艺条件,进一步通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对催化剂进行了分析表征。结果表明:当工艺条件为Fe(NO_(3))_(3)浓度0.30 mol/L、反应温度75℃、反应时间8.42 h时,Fe/TNTs的光催化性能最佳,MO的降解率可达95.96%,与预测结果96.04%相符,较掺杂前提高了61.81%。所制备的Fe/TNTs为锐钛矿晶型,铁的掺杂并未破坏其有序的管状阵列结构,光响应范围拓展到了可见光区域。

Ce-Zn共掺杂改性TiO_(2)纳米管阵列的制备及其光催化性能

采用阳极氧化法在钛网上制得TiO_(2)纳米管阵列(TNTA),并利用操作简单的微溶剂燃烧合成法将稀土元素Ce和过渡金属元素Zn共掺杂修饰TiO_(2)纳米管阵列得到复合光催化材料Ce-Zn/TiO_(2)纳米管阵列(CeZn/TNTA),并对CeZn/TNTA的形貌、组成结构和光催化性能等进行测试。结果表明:阳极氧化时间会影响TNTA的形貌,氧化时间为2 h的TNTA管状结构分布均匀且高度有序,纳米管内径约为50 nm,管壁厚约为25 nm,管长约为1μm。CeZn/TNTA样品中的Ce以CeO_(2)和Ce_(2)O_(3)混合态、Zn以ZnO形式呈簇状不均匀分布在TiO_(2)纳米管阵列表面。与裸TNTA相比,CeZn/TNTA复合催化剂的光响应范围拓宽至可见光区域,电荷转移阻力减小,光生电子-空穴的分离效率提高,载流子的传输速率较快,且表现出较高的光催化活性,其在1 h内对亚甲基蓝光催化降解率可达85.27%。

含氟电解液对TiO_(2)纳米管阵列生长的影响

以含NH4F的乙二醇溶液作为电解液,通过重复使用电解液的方式,对金属Ti箔进行阳极氧化处理,在其表面制得形貌可控的TiO2纳米管阵列结构;利用扫描电子显微镜(SEM)对TiO2纳米管阵列的形貌进行表征,并对TiO2纳米管阵列的形成机理进行分析。结果表明:所获得的TiO2纳米管呈现圆锥状,H+和F–离子是形成TiO2纳米管阵列的关键;重复使用含氟电解液,可将可溶性氟化物完全转化成TiF62–离子,从而减少对环境的危害,含氟电解液可重复使用6次;随着含氟电解液使用次数的增加,TiO2纳米管的尺寸能够被有效调控;TiO2纳米管阵列的管长呈现先增大后减小的趋势,可在20μm内自由调控,纳米管管口处直径最高可达110 nm左右。

Sb_(2)S_(3):P3HT共混物改善TiO_(2)纳米棒阵列钙钛矿太阳电池的性能

为解决钙钛矿太阳电池中MAPbI_(3)的不稳定性问题,提高电池性能,对以TiO_(2)纳米棒阵列作为电子传输层、Sb_(2)S_(3):P3HT共混物作为钙钛矿MAPbI_(3)修饰层的太阳电池进行了研究。首先,以SbCl_(3)作为锑源,Na_(2)S_(2)O_(3)作为硫源,采用溶剂热法制备合适尺寸的Sb_(2)S_(3)纳米球;其次,通过超声分散法将Sb_(2)S_(3)与P3HT在氯苯溶液中共混得到Sb_(2)S_(3):P3HT共混物,将其旋涂于沉积了MAPbI_(3)薄膜的TiO_(2)纳米棒阵列上,形成FTO/TiO_(2)NR/MAPbI_(3)/Sb_(2)S_(3):P3HT复合膜,制备成TiO_(2)纳米棒阵列MAPbI_(3)/Sb_(2)S_(3):P3HT太阳电池;最后,采用SEM,XRD,J-V曲线和紫外可见吸收光谱等方法进行表征和测试。结果表明,制备的结构为FTO/TiO_(2)NR/MAPbI_(3)/Sb_(2)S_(3):P3HT/Spiro-OMeTAD/Ag的太阳电池,能量转换效率(PCE)最高达到了14.73%,与未采用Sb_(2)S_(3):P3HT共混物修饰的TiO_(2)纳米棒阵列MAPbI_(3)太阳电池相比,能量转换效率得到了明显提升。因此,Sb_(2)S_(3):P3HT共混物能避免出现钙钛矿MAPbI_(3)被氧化的不稳定性问题,可有效提高TiO_(2)纳米棒阵列MAPbI_(3)太阳电池的性能。