TiO_2纳米线阵列膜的制备及其光催化降解气相甲醛动力学

分别以阳极氧化铝、玻璃纤维布、玻璃作载体采用溶胶-凝胶法制备Ti O2纳米线阵列膜(Ti O2/AAO)与Ti O2/玻璃、Ti O2/玻布光催化剂,用XRD、电子探针和比表面仪进行表征,并对比其光催化不同浓度气相甲醛的降解活性.结果表明制备的Ti O2纳米线线径为26nm,线长1.2μm,与其他Ti O2载体相比,具有小密度、高比表面积,Ti O2/AAO光催化剂有较大反应速率常数及Langmuir吸附平衡常数,在UV下对低浓度气相甲醛有更多的活性吸附中心,这说明对低浓度气体,高比表面积催化剂有重要作用,它能更多地富集低浓度气体,提高光降解率.

用模板法制备TiO_2纳米线阵列膜及光催化性能的研究

用溶胶 -凝胶技术在多孔阳极氧化铝模板的有序微孔内制备了高度取向的 Ti O2 纳米线阵列膜光催化剂 .用 XRD,AFM和 SEM等手段对样品进行了表征 .结果表明 ,Ti O2 纳米线阵列膜晶型为锐钛矿 ,从AFM图像中可以看出 Ti O2 纳米线线径分布均匀一致 ,取向性极好 ,直径与 AAO模板的孔径大小一致 .以其对吖啶橙的降解效果作为评价光催化活性的标准 ,与相同条件下制备的 Ti O2 /玻璃膜相比 ,Ti O2 纳米线阵列膜具有很好的催化活性 .

Cu_(2)O纳米线阵列的制备与表征

Cu_(2)O纳米线阵列既保留了纳米线长径比高、比表面积大等优点,又具有规模效应及协同效应,在气敏、光伏等领域具有广阔的应用前景。以泡沫铜为基体,通过化学法制备Cu(OH)_(2)纳米线阵列为前驱体,并在N_(2)气氛中采用两步加热法制备Cu_(2)O纳米线阵列,利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对Cu_(2)O纳米线阵列结构进行表征。结果表明:只需控制、优化Cu基底的曲率半径和弧度,就能制备出Cu_(2)O纳米线阵列,这为制备Cu_(2)O纳米线阵列薄膜提供了新的思路。

Co_(2)P_(4)O_(12)/NF纳米线阵列的制备与电解水性能研究

以CoCl_(2)·6H_(2)O为原料,通过溶剂热法和磷化工艺在泡沫镍表面构建Co_(2)P_(4)O_(12)阵列,Co_(2)P_(4)O_(12)纳米线直径约200 nm。采用SEM、TEM和XRD进行形貌和晶体学特性表征,并利用三电极体系在碱性环境下测量电化学性能。在析氢过程中,只需要122 mV过电位就能达到10 mA·cm^(-2)电流密度。析氧过程中,仅需要334 mV的过电位就能达到15 mA·cm^(-2)电流密度。组装的电解池在15 mA·cm^(-2)的电流密度下工作40 h后电解槽电压没有发生明显变化,展现出很好的稳定性。Co_(2)P_(4)O_(12)/NF是一种有潜力的双功能催化剂。

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。

水热法制备TiO_2纳米线薄膜的光生阴极保护性能

应用水热法在钛箔表面制备TiO2纳米线薄膜,采用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射和紫外-可见分光光度法对薄膜进行表征,用电极电位和电化学阻抗谱考察TiO2光生阴极保护性能.结果表明:薄膜由纵横交错的锐钛矿型TiO2纳米线组成,纳米线的直径约10nm.在150℃下反应6h生成的TiO2纳米线薄膜在0.3mol·L-1 Na2SO4溶液和0.3mol·L-1 Na2SO4+0.5mol·L-1 HCOOH混合溶液中对与TiO2薄膜耦连的403不锈钢均有良好的阴极保护效应.TiO2膜所在溶液中含有HCOOH时,可使耦连的403不锈钢在0.5mol·L-1 NaCl溶液中电极电位负移约545mV,界面反应电阻显著变小,表明电解质溶液加入HCOOH可以增强TiO2纳米线薄膜对403不锈钢的光生阴极保护效应.

有序TiO_2纳米管阵列膜材料的研究进展

综述了近年来有序TiO2纳米管阵列薄膜的制备、性质及其在能源、环境、生物组织工程等领域应用的研究进展。

水热法大面积制备TiO_2纳米棒阵列薄膜

TiCl3饱和NaCl溶液中采用外加添加剂尿素的新技术,于一定条件下用水热法在玻璃基板上制备出大面积TiO2纳米棒阵列薄膜。研究了尿素含量、反应温度、反应时间和TiCl3起始浓度对产物的影响,并讨论了反应机理。

TiO_2纳米管阵列膜的制备及结构研究

描述了在含不同浓度NH4F的2%H2O(体积分数,下同)和乙二醇溶液中,在氧化钛片上获得管尺寸分布一致的TiO2纳米管阵列膜。在不同电压、不同NH4F浓度电解液的条件下,进行膜的管尺寸及厚度研究,利用SEM评价膜的形貌。结果显示,片状膜为平行纳米管阵列组成的膜,纳米管尺寸范围宽、尺寸分布一致。管尺寸在15～128nm,膜厚可达360μm。应用的电压越高管尺寸越大,电解液中NH4F浓度增加导致管尺寸稍微减小。还观测到,NH4F浓度的增加,导致片状膜的厚度显著增加。采用无水乙醇多次清洗膜,并迅速用脱脂棉吸附膜上的溶液,在鼓风干燥箱中100℃,热处理1h,可有效解决膜卷曲的问题。

导电玻璃上室温沉积钛膜及TiO_2纳米管阵列的制备与表征

在掺氟的SnO2(FTO)导电玻璃衬底上采用射频磁控溅射的方法室温沉积纯Ti薄膜,以NH4F/甘油为电解液,经电化学阳极氧化得到结构有序、微米级的TiO2纳米管阵列/FTO复合结构,并通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)以及光电化学的方法对纳米管阵列进行了表征.研究表明,在氩气气压为0.5Pa,功率为150W,时间为0.5h条件下在导电玻璃上室温沉积获得钛膜的结构为晶带T型组织,表面均匀性好且致密度较高;在电压为30V下,随着阳极氧化时间从1h延长至3h,纳米管的管径从50nm增加到75nm,纳米管的长度从750nm增至1100nm后减至800nm,管壁由平滑变为波纹状;随氧化电压的升高,纳米管管径逐渐增大,而表面覆盖物逐渐减少,可通过在稀的HF溶液(0.05%(w,质量分数))中超声清洗去除;此外,瞬态光电流测试表明结晶的电极表现出更好的光电转换性能,紫外光照射下能促进TiO2光生载流子有效分离,在热处理温度为450℃时,具有较高的光电化学性能.

温度控制TiO_2纳米管及管/线复合阵列的制备

以含有NH4F的乙二醇溶液为电解液,在宽温度范围内（10~70℃）对纯Ti表面进行阳极氧化,制得形貌可控的TiO2纳米结构。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）和透射电镜（TEM）对纳米TiO2的形貌进行表征。结果表明,随着电解液温度的变化,纳米TiO2的形貌得到控制,可形成TiO2纳米管阵列及纳米管阵列/纳米线复合结构,温度40~50℃为转折温区。

TiO_2纳米管阵列薄膜光电协同降解亚甲基蓝的研究

使用阳极氧化法制备了TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料.TiO2纳米管管孔分布均匀,管径约为80～90nm,平均管长约为1.8μm.在400℃下煅烧2h后,TiO2纳米管阵列为锐钛矿型,并且结构保持良好,没有出现变形、剥落的现象.以TiO2/Ti纳米管阵列薄膜材料为光催化剂,同时施加0～+3.0V范围内变化的电场,考察了外加电压对降解亚甲基蓝光电协同效率的影响.结果表明在外加+1.4V电压的条件下,光电协同效率达到124%.TiO2纳米管阵列与基底Ti板结合牢固,多次重复使用后没有发现降解率的明显变化.

单晶TiO_2纳米线束阵列的合成及光电转换性能研究

采用水热合成技术,以盐酸、去离子水和钛酸丁酯为反应前驱物,在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成TiO2纳米线束阵列.采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)对其结构和形貌进行了分析.结果表明:在FTO衬底上形成了垂直排列的具有金红石结构的单晶TiO2纳米线束阵列,TiO2纳米线束由φ4～6nm的几十条纳米线聚集在一起,形成宽度约110～210nm、长度约3μm的四方柱状结构.研究了以TiO2纳米线束阵列为光阳极制备的染料敏化太阳能电池的光电性能,其开路电压为0.72V,短路电流密度为2.9mA/cm2,填充因子为0.42,转换效率为0.88%.

热处理温度对TiO_2纳米管阵列薄膜光生阴极保护性能的影响

在0.5mol/L NH4HF2与1.0mol/L NH4H2PO4的混合溶液中,利用阳极氧化的方法在钛基体上原位合成自组装有序的TiO2纳米管阵列薄膜材料,研究不同热处理温度对薄膜晶型及光生阴极保护能力的影响。结果表明:在外加电压为20V时,对钛基体氧化8h可得到长度为2μm、内径为80nm、外径为100nm的TiO2纳米管阵列;经600℃热处理后,TiO2纳米管阵列具有稳定的管状结构,薄膜电极电位可负移至?0.389V(vsSCE),表现出较佳的光生阴极保护能力。

TiO_2纳米管阵列薄膜光电催化降解甲基橙染料废水

采用电化学阳极氧化法在纯钛表面制备出TiO2纳米管阵列,应用FE-SEM和XRD表征其形貌。以该纳米管陈列薄膜为光阳极,比较了光解、光催化和光电催化对甲基橙溶液降解效率的差异,研究了pH值和外加偏压对甲基橙降解效率的影响,并建立了光电催化氧化反应的一级动力学模型来描述产生这种效果的主要因素。结果表明,在光电催化氧化体系中,TiO2纳米管阵列薄膜对甲基橙具有显著的降解作用;溶液中的电解质、溶液的pH值和外加偏压是影响光电催化效果的关键因素;最佳的降解条件为电解质存在下、pH值为3、外加偏压为1.5V,在该条件下紫外灯照射80min后降解率可达100%。

Fe掺杂TiO_2纳米线阵列的制备及光催化性能研究

用脉冲电磁场辅助水热合成法制备了Fe掺杂TiO_2纳米线阵列,利用SEM和XRD对其形貌和物相结构进行了分析,考察了Fe掺杂TiO_2纳米线阵列对甲基橙溶液的光催化性能。结果表明:所制备的TiO_2纳米线阵列生长完好,大小均匀,结构为金红石型,但衍射峰强度低而宽,晶格发生畸变,这样会提高光催化性能。当脉冲电压为500 V,脉冲时间为60 s,脉冲频率为3 Hz时,9%(质量分数)Fe掺杂的TiO_2纳米线阵列有最强的光催化降解能力,在紫外光下照射2 h,其对浓度为0.02 g·L^(–1)的甲基橙溶液的降解率可达50.28%。

电解质对TiO_2纳米管阵列膜光生阴极保护效应的影响

基于光电化学测试考察了光电解池中电解质(NaNO3,NaCl,Na2SO4,Na2S和NaOH)的种类和浓度对阳极氧化法制备的锐钛矿型TiO2膜电极光电性能的影响,并解释了其作用机理.结果表明,电解质捕获空穴的能力顺序为Na2S>NaOH>Na2SO4>NaCl>NaNO3.Na2S和NaOH在溶液中具有协同作用,当两者组成混合溶液并且浓度均为0.5 mol/L时,更有利于TiO2膜光生电子-空穴对的分离和光电转化性能的提高.当0.5 mol/L NaCl溶液中的403不锈钢(403SS)与0.5 mol/L Na2S+0.5 mol/L NaOH混合溶液中的TiO2膜电极耦连时,光照膜电极可使403SS的电极电位负移约650 mV,具有良好的光生阴极保护效应.当切断光源时,在该混合液中TiO2膜也能对403SS起到一定的阴极保护作用.

TiO_2纳米管阵列膜对牛血清白蛋白的吸附与脱附

采用电化学阳极氧化法以含氟的乙二醇溶液为电解液阳极氧化纯钛制备出排列规则的高长径比TiO2纳米管阵列膜,并用扫描电镜(SEM)、比表面积仪表征了TiO2纳米管阵列膜的形貌和比表面积。结果表明,所制得的TiO2纳米管阵列的管径约180nm,管长可达230μm,比表面积约59.8m2/g。以牛血清白蛋白(BSA)为药物蛋白分子的模型,并研究了TiO2纳米管阵列膜对BSA的吸附和脱附行为,考察了溶液pH值、BSA初始浓度和溶液离子强度对BSA吸附的影响与吸附态的BSA在不同pH值的PBS溶液中的释放行为。结果表明,BSA分子在其等电点(pH值=4.8)附近较容易吸附到TiO2纳米管上,吸附量随着BSA初始浓度的增加而增加,较高的离子强度会降低BSA的吸附,碱性条件下吸附态的BSA容易从TiO2纳米管上脱附,并由于纳米管的扩散限制效益呈现一定程度的缓释。

多孔TiO_2/FTO纳米有序阵列膜的可控生长研究

用脉冲激光沉积(PLD)技术在导电玻璃(FTO)衬底上沉积Ti膜,采用电化学阳极氧化方法,细致研究了FTO衬底上多孔TiO2纳米有序阵列膜的可控生长.结果表明,恰当的阳极电压对形成高度有序、孔径均匀的多孔TiO2/FTO阵列膜至关重要;通过优化的工艺参数,借助阳极氧化过程中各阶段电流-时间(I-t)曲线的准确判断,可实现对多孔TiO2阵列膜生长过程的有效控制,制备出高质量的多孔TiO2/FTO阵列膜.

单晶TiO_2纳米线束阵列的水热合成及场发射性能研究

采用水热合成技术,以钛酸丁酯、盐酸和去离子水作为前驱物,在透明导电玻璃（FTO）衬底上合成了垂直于衬底生长的二氧化钛（TiO2）纳米线束阵列。纳米线束呈四方柱状结构,宽度100-200 nm,长度约3μm。HRTEM表明每根纳米线束实际上是由20-40根直径约为4-6 nm的细小纳米线聚集在一起而形成的。系统研究了盐酸浓度对纳米线生长的影响,分析了盐酸在晶体生长中的作用。研究了TiO2纳米线束阵列的场致电子发射特性,其场发射开启电场为5.7 V/μm（对应电流密度10μA/cm2）,阈值电场为9.5 V/μm,同时表现出较好的场发射稳定性。低的合成温度和好的场发射性能表明TiO2纳米线束阵列在场发射冷阴极器件上具有良好的应用前景。