淬火处理对TiO_2纳米管阵列电极性能影响

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中,通过恒压阳极氧化法以0.5%(w,质量分数)NH4F/甘油作为电解液,在钛基体上制备出了TiO2纳米管阵列.随后将TiO2纳米管阵列电极在水中进行不同温度淬火处理,通过X射线衍射(XRD)仪、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱(XPS)和循环伏安法(CV)研究经淬火处理的TiO2纳米管阵列的形貌、晶体结构和电化学性能.研究得出TiO2纳米管阵列经淬火处理其表面获得更多Ti3+缺陷点和TiO2纳米碎片.经0℃淬火处理的TiO2纳米管阵列电极出现了更多Ti3+缺陷点和OH基团,且有更多的纳米碎片出现,其光电化学性能得到了大幅度提高,其40min光照对甲基橙的光催化降解率高达96.2%.

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。

钛基材上制备TiO_2纳米管阵列电极的电化学性能

在0.5%(质量分数)NH4F/甘油电解液中通过恒压阳极氧化法在钛基体上制备TiO2纳米管阵列。采用循环伏安法、紫外-可见吸收光谱、顺磁共振波谱仪和傅立叶红外谱对TiO2纳米管阵列的表面性能进行了表征。结果表明:TiO2纳米管阵列电极可发生两个光化学过程,测得的电化学激发能△EOH/·OH>1.643V,对应的吸收光波长λ<853nm;TiO2纳米管阵列电极光化学性能变化是由于在电极表面发生Ti3+与Ti4+转化的过程中形成了·OH。

钛基TiO_2纳米管阵列电极的光电催化性能

应用电化学阳极氧化法在纯Ti基底上制备高度有序的TiO2纳米管阵列,考察了Ti/TiO2光阳极的光电化学响应。以苯酚溶液为目标污染物,研究Ti/TiO2电极的光电催化性能,并与光催化性能进行比较。结果表明,该电极光电催化性能优于光催化性能,施加0.6V电压时,光电催化性能最好。电化学阻抗谱分析显示,光电催化和光催化降解过程的速控步骤均为表面反应步骤,外加偏压减小了界面电荷转移阻抗,提高了光生载流子的分离效率。

TiO_2纳米管阵列光电极的电化学阻抗及动力学特性分析

采用声电化学阳极氧化法,在无机溶剂(H3PO4+NaF水溶液)和有机溶剂(NH4F+水+乙二醇)体系电解液中加20V直流电压制得TiO2纳米管(TNT)阵列,其中无机溶剂样品(记为TNT-A)的管长为650nm,有机溶剂样品(记为TNT-E)的管长为2μm.基于X射线衍射(XRD)图谱、场发射扫描电子显微镜图(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)的表征和电流-时间(I-t)曲线、Mott-Schottky图和电化学阻抗谱(EIS)的分析可知,在空气中经500℃煅烧后,TNT-E的吸光性能明显好于TNT-A的吸光性能.在紫外光((365±15)nm)辐照下,测得TNT-E的平均光电流密度与TNT-A的仅差0.05mA·cm-2,这是由于管长的增长增大了电荷转移电阻,并使得传质路径增长,增大了反应所需克服的势垒,降低了电极的反应速率,两者的电荷载流子密度分别为5.31×1020与9.86×1020cm-3.

超级电容器用Ti/TiO_2-MnO纳米管阵列电极的制备及电化学性能

通过阳极氧化-浸渍-退火的方式获得Ti/TiO2-MnO复合电极。通过XRD测定样品的晶相结构, 通过SEM观察样品的显微形貌。结果表明, Ti/TiO2纳米管阵列孔径分布在60~95 nm, 纳米管长度在350~820 nm。常温下阳极氧化获得的TiO2为无定形结构, 500℃热处理后, TiO2变为锐钛矿（Anatase）。样品在MnSO4溶液中浸渍并500℃热处理后, 只有MnO相产生。组装扣式模拟超级电容器并测试其循环伏安曲线。CV曲线存在一对氧化还原峰, 对应H＋在纳米管中的嵌入/脱出过程。H＋在纳米管中传输过程为扩散控制。TiO2由无定形转变为Anatase晶形和在其中沉积MnO后, CV响应电流降低。

阳极氧化制备TiO_2纳米管阵列电极反应及阻抗研究

为使TiO2纳米管阵列电极更好地应用于太阳能电池中,采取恒压阳极氧化法在质量分数0.5%NH4F/甘油电解液中在钛基体上制备出TiO2纳米管阵列。采用XRD、SEM、电子順磁波普仪(EPR)、交流阻抗法(EIS)和循环伏安法(CV)研究TiO2纳米管阵列电极的电子传输性能及界面性质,确定各电极反应过程对应的阻抗曲线,计算得出电极的电子传输动力学参数。研究表明,TiO2纳米管阵列电极表面发生三价钛化合物转化成四价钛氧化物的氧化反应,电极电阻明显降低,加速了电极-电解液界面电子扩散速度,有利于TiO2电极表面自由羟基的产生。

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%.

TiO_2纳米管阵列电极的制备及其光电特性

采用声电化学阳极氧化法，以H，P04／NaF水溶液为电解液，在20V直流电压下氧化钛箔制得TiO2纳米管阵列，其管径约为100nm，壁厚15～20nm，管长随氧化时间的增长先增加后减小．所制TiO2纳米管阵列电极在空气中经500℃煅烧后，以高压汞灯为光源，测得其光电压和平均光电流密度随制备样品的氧化时间的增长而减小，且光电压降低程度要小于平均光电流密度降低的程度．通过伏安曲线和Mott—Schottky图分析还可知，所制样品的电荷转移能力和电荷载流子密度随阳极氧化时间的增长而减小．这是由于以H3PO4／NaF水溶液为电解液，超声场长时间加速传质过程的同时会引起管状结构的断裂和部分脱落。从而使得电荷转移阻力增大而影响了光生电荷的传输．

TiO_2纳米管阵列电极染料敏化太阳能电池

采用电化学阳极氧化法在纯钛片表面制备了高度有序的TiO2纳米管阵列。利用SEM、XRD分别对TiO2纳米管阵列的形貌、晶型进行了表征,并通过线性扫描伏安法对N719染料敏化纳米管阵列电极的光电性能进行了研究。实验结果表明,纳米管阵列的管径和长度随着阳极氧化电压的升高和氧化时间的延长都分别相应增加。同时还发现,通过450℃热处理的TiO2纳米管阵列,具有较好的锐钛矿晶型结构,其光电转化效率为2.1%。

TiO_2纳米管阵列电极电催化降解甲基橙的研究

采用阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列电极。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)和X-射线衍射仪(XRD)表征了电极的表面形貌和晶体结构,应用电化学阻抗谱(EIS)技术研究了不同阳极极化电位下电极的导电性能,应用荧光光谱法研究了电极产生羟基自由基(·OH)的活性,考察了3种支持电解质(Na2SO4、NaNO3和NaCl)对甲基橙(MO)电催化降解效率的影响,通过加入捕获剂探讨了MO分子的降解机理。结果表明,TiO2纳米管阵列电极电极的导电性随阳极极化电位的升高而增强;在电场作用下,TiO2纳米管阵列电极表面生成大量·OH;Na2SO4和NaNO3不参与MO分子的氧化反应,MO的降解符合一级反应动力学模型,而NaCl参与了TiO2纳米管阵列电极电催化降解MO的过程,呈现出复杂的动力学行为;在捕获剂存在的情况下,MO分子仍能发生降解,显示MO分子可在TiO2纳米管阵列电极表面直接氧化。

纳米TiO2薄膜微阵列电极的制备与紫外光电阻特性表征

采用溶胶凝胶法在叉指型微阵列电极表面制备了TiO2纳米薄膜，并对薄膜形貌、厚度以及溶胶粒子尺寸进行了表征，研究了温度、紫外光照对纳米TiO2薄膜微阵列电极的电阻的影响。结果表明，溶胶粒子平均粒径在9nm，单次提拉制备的TiO2纳米薄膜膜厚为120nm，两次提拉薄膜厚度200nm，纳米TiO2薄膜微阵列电极电阻呈现半导体特性，大气环境中，紫外光照下纳米薄膜微电极的低温电阻较无光照时明显减小，表现出紫外光敏感特性。随着温度的升高，紫外光照下的电阻与无光照时电阻差值逐步减小，表明温度对纳米薄膜电阻有更大的影响。

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。

Pd纳米晶修饰TiO_2纳米管阵列光电极的制备及性能

为提高TiO2的可见光催化性能,采用阳极氧化法在Ti箔上原位生成TiO2纳米管阵列,再利用阴极电沉积法制备了贵金属Pd纳米晶修饰的TiO2纳米管阵列光电极,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线光电子能谱(XPS)及紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)对其表观形貌、表面形态及光吸收性能进行表征.结果表明:Pd纳米晶有效地修饰在TiO2纳米管阵列的表面,且以Pd0形式存在.此外,Pd纳米晶修饰明显拓展了TiO2纳米管阵列的可见光响应范围.以甲基蓝为模型污染物,重点考察阴极沉积电压及沉积时间对其光催化性能的影响.结果表明:阴极沉积电压为-0.8 V、沉积时间为10 min对甲基蓝的光催化降解效果最佳,且符合拟一级反应动力学模型.模拟太阳光下光照120 min对甲基蓝的降解率可达71.4%,是纯TiO2纳米管阵列光电极的1.5倍.

恒电流法制备Cu_2O/TiO_2复合纳米管阵列异质结光电极

通过在含F-离子的电解液中阳极氧化Ti薄片基底制备了TiO2纳米管阵列,随后通过恒电流沉积的方法在在TiO2纳米管阵列顶部原位电沉积了Cu2O纳米颗粒。场发射电子扫描显微镜显示TiO2纳米管这列被成功制备,通过恒电流电化学沉积后,TiO2纳米管阵列顶部出现大量纳米颗粒物质,并且随着沉积时间的延长,可以控制沉积物的量。通过X-射线衍射谱的特征衍射谱图我们可以发现TiO2锐钛矿的衍射峰以及相对较弱的Cu2O衍射峰,这说明Cu2O晶体的结晶度不高。在能谱(EDS)图中我们可以发现Ti、Cu、O三种元素,结合XRD以及FE-SEM结果我们可以指出,通过恒电流法确实可以在TiO2纳米管阵列顶部原位沉积Cu2O纳米颗粒。

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。

不同吸附类型有机物在TiO_2纳米管阵列电极表面的光电催化性能和反应机制

利用有机物在薄层反应器中发生的耗竭氧化反应,研究了弱吸附型的葡萄糖和强吸附型的邻苯二甲酸氢钾在TiO2纳米管阵列(TNA)电极表面的光电催化反应性能和反应机制.研究表明,光电催化反应电流-时间(I-t)曲线的变化趋势能够很好地反映有机物在TNA电极表面的反应性能.对于弱吸附型的葡萄糖,由于其在TNA电极表面吸附能力弱,从溶液本体被吸附至电极表面较慢,致使葡萄糖在高浓度光催化反应时出现I-t曲线瞬时升高然后迅速下降,再呈现缓慢下降的变化趋势.对于强吸附型的邻苯二甲酸氢钾,其吸附性强且难降解,因而在电极表面总是存在着大量的邻苯二甲酸氢钾,导致溶液中邻苯二甲酸氢钾浓度升高时,光电催化反应的I-t曲线在瞬时升高,然后依然持续升高,之后才呈缓慢下降的变化趋势.本文还对有机物的吸附类型、吸附系数、反应机制等进行了分析.研究表明,利用薄层反应器的耗竭氧化反应,有助于深入了解有机物在电极表面的反应过程及其微观机制.

Fe-Ni/TiO_2纳米管阵列电极的制备、表征及光电催化还原五氯酚活性

采用阳极氧化法和浸渍电沉积联用法制备了不同负载量的Fe-Ni/TiO2纳米管阵列电极.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和电化学测量等手段对样品的微观形貌、晶体结构和光电响应等特性进行分析.考察了在0.6 V偏压下,所制备的电极对五氯酚的光电催化还原性能.结果表明,适量的Fe和Ni纳米颗粒的负载,降低了TiO2纳米管阵列光生电子-空穴对的复合几率;浸渍电沉积5次的Fe-Ni/TiO2纳米管阵列电极光电催化还原降解五氯酚的效率为91.35%,明显高于TiO2纳米管阵列电极.

CdS/TiO_2纳米棒阵列复合电极制备及性能研究

染料敏化太阳电池以其良好的电池性能、简单的制作工艺、廉价的制作成本等优点越来越受到人们的关注。尝试用水热合成法在透明导电玻璃FTO(SnO2∶F)衬底上一步制备出高度有序的TiO2单晶纳米棒阵列,使用扫描电子显微镜SEM及X射线衍射仪(XRD)等对其进行表征分析。用制备的样品作为光阳极封装电池并对其进行电池性能的测试。用化学浴沉积(CBD)方法对制备的样品进行CdS表面修饰,通过测量其紫外-可见吸收光谱及明暗场的电流-电压特性曲线等考察电池性能随硫化镉修饰次数的变化规律。

自持TiO_2纳米管阵列薄膜与TiO_2/FTO透明光电极制备工艺的研究

利用电化学阳极氧化法,采用三步氧化工艺,成功制备出大面积高度有序、孔洞分布均匀、孔道垂直取向且与金属钛基相分离的自持TiO2纳米管阵列膜。然后将其转移粘接至FTO导电玻璃上,形成高度有序的TiO2/FTO纳米管阵列透明光电极。利用场发射扫描电镜、X射线衍射仪、紫外-可见-近红外分光光度计分别对样品的形貌、晶相结构以及光学特性做了表征。研究表明,由三步阳极氧化工艺制备的自持TiO2纳米管阵列膜,其结构参数(如管径、管长及管壁厚度)在很大范围内可控,将其转移粘结至FTO导电玻璃上能制成多种用途的高质量透明光电极;另外,阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列薄膜的光学能隙(Eg)也有较为明显的调制作用。显然,这项新工艺对基于TiO2纳米有序阵列复合结构的有机-无机光电器件的应用研究将是非常有益的。