TiO_(2)纳米线薄膜的水热法合成及其光催化性能研究

以钛箔为钛源和基底,NaOH为形貌控制剂,采用水热法制备TiO_(2)纳米线薄膜.通过调控NaOH溶液的浓度,研究了形貌控制剂用量对样品晶体结构、表面形貌、光催化性能的影响,并对TiO_(2)纳米线薄膜的形成机理进行了阐述.通过SEM、XRD对样品进行表征及光催化降解,实验结果表明:随着NaOH溶液浓度的增加,TiO_(2)纳米线薄膜的表面形貌和光催化活性也随之改变;当NaOH溶液浓度为1 M时,所制得的锐钛矿型TiO_(2)薄膜表面具有均匀的一维纳米线形貌;样品在紫外光下照射10 h后,甲基橙溶液的光催化降解率达到了90%.

金红石TiO_(2)纳米线忆阻器的制备及阻变存储机制

本工作采用简单高效的一步水热法工艺制备了具有一维有序结构的金红石TiO_(2)纳米线阵列,设计了Au/TiO_(2)/FTO器件结构的金红石TiO_(2)纳米线忆阻器,系统研究了器件的阻变存储特性和存储机制,构建了器件基于氧空位迁移的非线性阻变存储机制模型。结果表明,Au/TiO_(2)/FTO结构金红石TiO_(2)纳米线忆阻器具有非易失性的双极性阻变存储特性,器件的阻变开关比可以稳定地保持在10^(2)以上。此外,器件在低阻态时满足线性的欧姆导电特性,在高阻态时服从陷阱控制的空间电荷限制电流传导机制,而器件的阻变存储行为则遵循基于氧空位迁移的非线性离子迁移阻变存储机制,研究结果表明金红石TiO_(2)纳米线忆阻器在下一代非易失性存储器方面具有重要的应用潜力。

TiO_(2-x) 纳米线基光电忆阻突触器件性能的优化

金属氧化物基光电忆阻器能够同时实现光信号的采集、存储和处理功能,被认为是构筑神经形态视觉系统的理想选择之一.然而,由于金属氧化物材料持续光电导效应下电子和空穴的快速复合,会导致器件电导变化线性度低,限制了其在高精度图像识别方面的发展.实验基于水热法制备了TiO_(2-x)纳米线构筑光电忆阻器,通过等离子体处理的方式优化器件性能,提升器件的电导变化线性度,实现了短时可塑性和长时可塑性的光电忆阻行为及高精度图像识别功能.实验结果表明:等离子体处理能够在TiO_(2-x)纳米线中引入氧空位缺陷,增强器件的持续光电导效应.

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.

溶胶-凝胶法制备Ag/TiO_(2)纳米薄膜及其陶瓷表面抗菌性能研究

为提升TiO_(2)在陶瓷表面的光催化性能和抗菌性能,以钛酸四丁酯、无水乙醇、硝酸银为原料,乙酰丙酮和硝酸作为催化抑制剂,采用溶胶-凝胶法分别制备了TiO_(2)溶胶和Ag/TiO_(2)溶胶。以普通陶瓷片为载体,采用浸渍-提拉法制备TiO_(2)薄膜。以亚甲基蓝为目标降解物进行光催化降解实验,并探讨在不同热处理温度下对Ag/TiO_(2)薄膜光催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等仪器对样品进行表征。实验结果表明:在紫外灯照射下,TiO_(2)薄膜和Ag/TiO_(2)薄膜对有机物都具有降解能力,而Ag/TiO_(2)的光催化活性更明显,在光照8 h后其光催化降解率达到了70%,热处理最佳温度为500℃;Ag/TiO_(2)薄膜具有良好的亲水性,并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抑制作用。Ag/TiO_(2)薄膜有望应用到陶瓷用品上,可有效减少材料表面的有机污染物,并且经过高温处理后还可以保持良好的光催化性能。

化学氧化法制备TiO_2基纳米线薄膜的研究

在NaOH溶液中,以H2O2为氧化剂原位化学氧化金属钛片,再通过H+交换、焙烧制得了TiO2基纳米线薄膜.采用扫描电子显微镜(SEM)考察了碱浓度对薄膜形貌的影响,用X射线光电子能谱(XPS)分析了纳米线薄膜的化学组成以及通过光电流测试研究了H+交换、焙烧处理对薄膜的光电化学性质的影响.研究结果表明,纳米线薄膜可以在很低的NaOH浓度下形成,浓度的改变对纳米线的形貌及直径有较大的影响;除几个纳米厚度的表面层为TiO2外,薄膜其实由3种不同价态的钛氧化物构成.光电流测试结果表明这种混合价态的钛氧化物纳米线薄膜的光催化性能明显要比前驱体钛酸钠或钛酸要高.

TiO_2纳米多孔薄膜结构与光电化学性能相关性的研究

采用二步电压氧化法制备了两组孔径及孔密度不同的TiO_2纳米多孔薄膜,利用电化学测试方法对制备出的TiO_2纳米多孔薄膜的开路电位-时间曲线、交流阻抗谱图以及计时电流曲线进行了测试,研究了多孔薄膜材料的孔径及孔密度对材料光电化学性能以及比表面积的影响。结果表明,制备出的具有不同孔径和孔密度的试片在光照情况下的电化学反应电阻均明显下降,相关电化学反应更容易发生;增大薄膜材料的比表面积有利于提高其光电性能,性能最佳的薄膜材料的孔径为103 nm,孔密度为10×10~8个/cm^2。

掺杂TiO_2纳米线及其可见光催化性能

采用二次阳极氧化工艺制备了高度有序的多孔氧化铝模板,通过模板法与溶胶-电泳沉积法结合的组装技术,合成了具有高比表面积的糖葫芦状M/TiO2(M=Fe3+,Zn2+,Cu2+,Cr3+)纳米线数组体系。采用SEM对样品进行了表征,SEM测试结果表明M/TiO2纳米线数组保持了模板的有序性,直径分布均匀一致,为70 nm左右,长为15μm左右,取向性很好。以甲基橙为目标降解物,在可见光下考察该金属离子掺杂纳米线的催化活性,确定了每种离子的最佳掺杂量。结果显示此掺杂纳米线数组体系具有非常优良的可见光催化性能,这也使得在可见光下纳米线具有更大的应用前景和优势。M/TiO2薄膜的紫外-可见吸收光谱测试结果显示氧化钛的吸收带边红移至了可见光区,并通过相关公式进行了禁带宽度的估算。结合对不同离子掺杂纳米线的可见光催化活性的比较,从不同角度对于过渡金属离子掺杂改性的机理进行了初步探讨。

Si基氨化ZnO/Ga_2O_3薄膜制备GaN纳米线

利用射频磁控溅射法在Si(111)衬底上溅射ZnO中间层和Ga2O3 薄膜,然后在管式炉中常压下通氨气对ZnO/Ga2O3 薄膜进行氨化,高温下ZnO层在氨气气氛中挥发,而Ga2O3 薄膜和氨气反应合成出GaN纳米线.X射线衍射测量结果表明利用该方法制备的GaN纳米线具有沿c轴方向择优生长的六角纤锌矿结构.利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、傅里叶红外透射谱、能量弥散谱及选区电子衍射观测并分析了样品的形貌、成分和晶格结构.研究发现ZnO层的挥发有利于Ga2O3 和NH3 反应合成GaN纳米线.

还原氧化石墨烯/TiO_(2)纳米线复合膜的制备及对Cu^(2+)吸附性的影响

以石墨烯和自制TiO_(2)粉末为原料,通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO_(2)纳米线(rGO/TiO_(2) NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO_(2) NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明,还原氧化石墨烯和TiO_(2) NWs成功地复合在一起,复合材料中TiO_(2) NWs分散性较好。Cu^(2+)吸附实验结果表明,复合材料中TiO_(2) NWs所占比例、pH值是影响Cu^(2+)吸附效果的重要因素,研究复合材料对Cu^(2+)的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO_(2) NWs含量为50%时,复合膜对Cu^(2+)的吸附量最高,达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性,重复使用5次后,吸附率是原吸附量的91%。

高压下TiO_(2)纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为

采用水热合成法制备了锐钛矿相TiO_(2)纳米线,并通过原位高压阻抗谱测量技术研究了TiO_(2)纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为随压力的变化关系.研究结果表明:在0—34.0 GPa压力区间,锐钛矿TiO_(2)纳米线的传导机制为电子电导.TiO_(2)纳米线晶粒和晶界电阻以及弛豫频率在8.2—11.2 GPa压力区间均出现了不连续变化行为,此压力区域对应着由锐钛矿相到斜锆石相的结构转变,并且相变从晶粒表面逐渐延伸到晶粒内部.晶粒激活能和晶界激活能均随压力的增加而减小,说明压力对样品电导率的贡献为正.在所测压力范围内,空间电荷势始终为正值,表明在空间电荷区阴离子缺陷更易形成,氧缺陷是TiO_(2)纳米线相变的主要诱因.

紫外光辐照对TiO_2纳米线电输运性能的影响及磁阻效应研究

采用溶胶凝胶法以及静电纺丝法,利用热处理工艺,成功制备出了多晶锐钛矿型TiO_2纳米线,通过两线法在室温下测试单根TiO_2纳米线的V-I曲线来研究其电输运性能及磁阻效应.结果表明:在无光照环境下其V-I曲线为不过零点的直线,零场电阻较大,在磁场作用下电阻下降,表现出负磁阻效应;紫外光辐照环境下TiO_2纳米线载流子浓度增加使得电阻变小,然而在磁场作用下电阻增大,表现为正磁阻效应.紫外光辐照导致的载流子浓度变化,使得负磁阻转变为正磁阻,我们将磁阻变化归结为d电子局域导致的负磁阻与能带劈裂导致的正磁阻两种机理相互竞争的结果.

纳米TiO_2薄膜的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了以玻璃为基底具有高光催化活性,表面均匀、透明、无裂纹的纳米TiO2薄膜。研究了反应物配比对薄膜表面形貌、透光率和光催化活性的影响,确定了最佳反应物配比。采用扣除背景干扰的方法,利用甲基橙的降解率对TiO2薄膜的光催化性能进行了评价,对其透光率、光催化活性以及物相形貌进行了表征。结果表明,在最佳反应物配比条件下,所制备的TiO2薄膜表面光滑平整,粒径为纳米级且分布均匀,具有80%高透光率和99%高光催化活性。

Ag/TiO_2纳米纤维薄膜与光催化性能研究

采用新型种子诱导方法合成Ag/TiO2纳米纤维异质结构,通过在TiO2纳米纤维,水,乙醇溶液中加入银氨溶液实验方法制备了Ag/TiO2纳米纤维薄膜。用场发射电子显微镜（FESEM）,能量色散X射线光谱（EDX）,透射电子显微镜（TEM）,X射线粉晶衍射（XRD）,X射线光电子能谱（XPS）来表征最终产物。结果表明这些TiO2纳米纤维的直径大约80 nm,长度在几百微米之间,而负载在其上面的Ag粒子大小可达300～700 nm。将上述制取的光催化薄膜进行过滤甲胺磷水溶液实验,甲胺磷溶液降解可达87.0%,表明了TiO2纳米薄膜的光催化活性得到了很大提高。该材料将有可能应用于光催化、消毒、杀菌、环境（水、空气）污染处理等方面。

TiO_2纳米线阵列干涉传感器

开发一种新型TiO2纳米线阵列干涉传感器。首先,通过水热合成法在FTO导电玻璃表面制备了TiO2纳米线阵列薄膜。然后,以此复合结构作为传感芯片,利用Kretschmann棱镜耦合结构,构建了基于Kretschmann结构的波长调制型薄膜干涉传感器。最后,以氯化钠水溶液为待测液体介质研究了该传感器对环境介质折射率的灵敏性能。结果表明：该传感器对1.333 5~1.360 4范围内的折射率有很好的响应。TM模式下,在0~3%与3~15%浓度范围内,氯化钠浓度与该传感器的反射光强度分别呈现了良好的线性关系。TE模式下,在0~3%浓度范围内,氯化钠浓度与吸收强度存在良好的线性关系,而波长基本不变;而在3~15%浓度范围内,随着氯化钠浓度的增加,波长逐渐红移,氯化钠浓度与波长也具有良好的线性关系。

Preyssler型多酸/TiO_(2)纳米线复合修饰电极的制备及电催化性能研究

采用水热合成和层接层自组装技术将Preyssler型多金属氧酸盐K_(12.5)Na_(1.5)[NaP_(5)W_(30) O_(110)](简称P_(5)W_(30))和TiO_(2)纳米线制备成复合修饰电极材料.利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合修饰电极材料的形貌进行了表征.使用循环伏安法研究了修饰电极的电化学性质和对亚硝酸根的电催化性能.与单纯多酸修饰电极P_(5)W_(30)/PAH相比,构筑在纳米线上的复合材料修饰电极P_(5)W_(30)/PAH/TiO_(2)展示了更好的电催化性能,采用安培检测测试其最低检出限为20.9μmol/L.这可能是因为TiO_(2)纳米线阵列独特的三维结构有利于离子的吸附且缩短了反应路径.

TiO_(2)纳米片薄膜的制备及光电性能研究

为了提高TiO_(2)薄膜的光学与电化学性能,文章利用一步水热法在P25纳米晶薄膜(P-film)的基础上制备了新颖的三维网络结构TiO_(2)纳米片薄膜(S-film)。通过场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope,FESEM)和场发射透射电子显微镜(field emission transmission electron microscope,FETEM)表征揭示S-film由P25颗粒转化而来,并可以通过水热时间调控S-film的厚度。紫外-可见漫反射光谱显示,在300~800 nm波长范围内S-film的引入有利于薄膜光散射性能的提升,且散射能力随着S-film薄膜厚度的增加而增强。光伏性能测试表明,一定厚度的S-film有利于提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,电化学阻抗谱进一步揭示S-film能够提高光生电子-空穴对的分离效率。

Al_2O_3纳米线薄膜的制备及其生成机理研究

研究了一种简单新颖的制备Al2O3纳米线薄膜的电化学方法。以阳极氧化法在高纯铝片表面制备多孔阳极氧化铝的工艺为基础,在草酸电解液中通过一次阳极氧化过程,将阳极氧化铝孔壁溶解形成Al2O3纳米线,均匀覆盖在阳极氧化铝有序孔道的上方,得到一种特殊结构的纳米线薄膜。使用扫描电镜、高分辨透射电镜和X-射线能谱仪对纳米线的形貌、结构及成分进行了表征分析。并结合扫描电镜对不同反应时间长度的产物形貌来观察纳米线的生成过程。探讨了Al2O3纳米线薄膜的生成机理。

TiO_(2)纳米线的水热法制备及表征

以氢氧化钠、尿素与Ti片进行反应,再用盐酸浸泡并进行煅烧,以水热法制备合成的纳米颗粒,相对来说具有更大的比表面积和表面能的TiO_(2)纳米线,采用SEM、XRD研究了反应时间、尿素用量对TiO_(2)纳米线的表面形貌、表面化学成分、物相结构的影响。结果表明:尿素含量影响TiO_(2)团聚程度,随着尿素含量增加,出现明显锥形锐钛矿型,改变尿素的用量,从而实现对TiO_(2)中锐钛矿和金红石的相对含量的控制,进而对TiO_(2)纳米线的形貌产生影响;而反应时间则会影响纳米线长度,实验还发现,随着反应时间的加长,纳米线变得更加细长。

Ti3C2Tx与MnO2纳米线复合薄膜的制备及其电化学性能分析

类石墨烯过渡金属碳化物(MXene)是一类新兴的导电二维材料,具有很好的电化学储能性能。MXene自支撑膜中二维片层的二次堆积会影响离子传输,降低其比电容。MnO2是一种优良的赝电容材料。两者复合有望提高MXene的比电容。首先对制备的二氧化锰(MnO2)纳米线进行改性处理后与Ti3C2Tx(MXene)混合,真空辅助抽滤得到复合薄膜。然后对复合薄膜进行结构表征及电化学性能测试。研究了MnO2的参杂量对电极材料的质量比电容的影响,并对质量比电容提高的机理进行了分析。实验结果表明,MnO2重量比为16.6%时,与纯MXene膜相比,复合薄膜的比电容增加到116F/g,增加了70%,MnO2纳米线的加入显著提高了复合薄膜的电化学储能性能。