聚乙烯吡咯烷酮改进TiO2薄膜的可见光增强氧敏特性
TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响
TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【摘要】The microstructure of nanoporous TiO2 films has obvious influence on the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells (DSCs). In this work, the effect of different treatment methods such as autoclaving temperature, film thickness, scattering particles, TiCl4 solution treatment and electroposition treatment on DSC photovoltaic performance is introduced, and the optimized results were obtained. Such simple but effective strategies provided a good way to improve the overall energy conversion efficiency of DSC and to future mass production of nanoporous TiO2 films.%纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响.本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2011(027)007【总页数】5页(P1353-1357)【关键词】染料敏化;太阳电池;纳米TiO2;优化【作者】奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【作者单位】中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;无锡职业技术学院机电技术学院,无锡 214121;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031【正文语种】中文【中图分类】O614.41+1;TM914.4+2纳米TiO2以其良好的热稳定性、高折光系数、强着色力和光泽好等特性而受到广泛关注，被应用于各种功能材料和催化领域[1-2]。
两种形貌TiO2薄膜电极的制备及其光电性能的比较研究
１ 实 验
１ ． 主要试剂 及仪器 １
三 氯 化 钛 （ 析 纯 ， ｉｄ ｌｄ Ｈ ｅ 分 Ｒ ｅ ｅ— ｅ ａｎ公 司 ） 氯 化 钠 （ 析 纯 ，北 京 化 工 厂 ） 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ， 分 ， （ ｏ ｖ ｙｐ ｒ ｌ ｏ （ＶＰ ， 析 纯 ，ｉｍ — ｌｒ ｈ公 司 ） 氯化 钾 （ 析 纯 ， 京 益利 精 细化 学 品有 限 公 司 ） Ｐ ｌ ｉ ｌｙｒ ｉ ｎ Ｐ ） 分 ｙｎ ｏｄ Ｓｇ ａ Ａ ｄ ｃ ｉ ， 分 北 ， 碘（ 分析 纯 ， 北京益 利精 细化学 品有 限公 司 ）碘化 钠 （ 析纯 ， 京化 工厂 ） 乙腈 （ ， 分 北 ， 分析 纯 ， 北京 化 工厂 ） 酞酸 ，
自组 装 的 球型 结 构 ， 薄 膜 电极 为三 维 结 构 ， 多 孔 ＴＯ 薄膜 电极 为二 维 结 构 ， 其 而 ｉ： 由于微 ， 纳米 ＴＯ 晶体 薄 膜 电极 具 有 ｉ：
大 的 比表 面 积 。 利 于 光 的 吸 收 利 用 ， 现 出 优 异 的 光 电 特 性 ， 电 流 、 路 电 流 、 路 电 压 分 别 为 ２ ２ ｐ ／ｍ 、 有 表 光 短 开 ． ． ｃ ７ Ａ
ＴＯ 是 一种 具有 良好热稳 定 性 、 ｉ 抗光 腐蚀 的金属 氧 化物 ， ｎ 型半 导 体材料 ， 光 电化学 太 阳能 电池 、 为 一 在 光催 化 、 化学 电源等领 域具有 广 泛 的应 用【］ 微观结 构 、 ｌ， －其 ５ 晶型 等对其 光 电转 化性能有 很大影 响 。研 究表 明 ， ＴＯ 的 比表 面积越 大 ， 面粗 糙 度越 大 ， ｉ 表 越有 利于 光 电转 化 ； 金红石 型 的 ＴＯ 具 有较 高的光 电转化 效率婀 ｉ 。目 前 ， ＴＯ 薄膜 的光 电化 学研 究 多集 中在 多 孔 ＴＯ 薄膜 ８ 纳米 管 ＴＯ 薄 膜ｔ 掺 杂态 ＴＯ 薄 膜 【 ２ ， 对 ｉ ｉ １ 、 ｉ ｇ ｌ 、 ｉ １ 其 等
功能化TiO2纳米管改性聚偏氟乙烯杂化膜的结构与性能
化 膜 的结构 与性 能 ， 出添加 适量 的 Ｔｉ 。 指 Ｏ 纳米 线 能
够 有效 地改 善膜 的微 观结 构 ， 时其 表 面 性 能 与 固 同
有 特 性 也 相 继 发 生 了 显 著 变 化 ． 研 究 通 过 在 本
Ｐ Ｆ中添加 碘 酸修 饰 Ｔｉｚ 米 管 的方 式 改 善 了 ＶＤ Ｏ纳
＊通 讯 联 系人 ， － ｉ ｗｅ ｃｅ ＠ ｔ ｕ ｅｕ ｃ Ｅ ｍａｌ ｎｈ ｎ ｊ ．ｄ ． ｎ ： ｐ
・
１ ２・
膜
科
学
与
技
术
第 ３ ２卷
立 公 司 ） Ｈ 一７５ ； ６０透 射 电 镜 （ Ｅ ，日本 日立 公 Ｔ Ｍ
第 ３卷 ２
第 ４ 期
膜
科
学
与
技
术
Ｖｏ ． ２ Ｎｏ ４ １３ ．
Ａｕ ｇ． ２ ０１２
２１ ０ ２年 ８月
ＭＥ Ｂ Ｍ ＲＡＮＥ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮｏＩ ０ＧＹ
功 能 化 ＴＯ 纳 米 管改 性 聚 偏氟 乙烯 杂 化 膜 ｉ２ 的 结 构 与 性 能
中 图分类 号 ： Ｏ ８ ８ ＴＱ ２ ． 文 献标识 码 ： Ａ 文章 编号 ：１ ０ —９ ４ ２ １ ） ４０ １ —６ ０ ７８ ２ （０ ２ ０ —０ １０
迄 今 ， 无机 纳 米粒 子与 聚合 物共 混 ， 将 因其协 同 作用 而呈 现不 同于 常规 复合 材 料 的 力 学 、 学 和 表 热 面性 能 等 已 引 起 了广 泛 的 关 注ｌ ． 偏 氟 乙 烯 １ 聚 ］ （Ｖ ） Ｐ ＤＦ 具有 良好 的耐 热 、 腐 蚀 和 化 学 性 质 稳 定 耐 等特 点 ， 其 制成 的 微 滤 和超 滤 膜 已成 功 地 用 于 水 用 污染 控制 工程 领域 ［ ． 而 ， ＶＤ ６ 然 ］ Ｐ Ｆ属 疏 水 性 聚合
TiO2PE多层纳米薄膜的制备及表征的开题报告
TiO2PE多层纳米薄膜的制备及表征的开题报告一、研究背景和意义TiO2 多层纳米薄膜是一种重要的功能材料，在光电子学、生物医学和光化学反应等领域具有广泛的应用。
其中，TiO2 多层纳米薄膜的制备技术对其性能的影响至关重要。
近年来，通过改变TiO2 的制备条件、控制其晶体生长方向和表面形貌等方法，可以制备出多层纳米薄膜，并且在光催化、光电转换和气敏等方面均有出色的性能表现。
二、研究内容和目标本研究旨在通过溶胶-凝胶法制备 TiO2PE（聚乙烯吡咯烷酮）多层纳米薄膜，并对其进行结构、光电性能等方面的表征，探究 TiO2PE 多层纳米薄膜的制备和性能特点。
具体研究内容如下：1. 通过溶胶-凝胶法制备 TiO2PE 多层纳米薄膜。
2. 利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等模拟手段表征 TiO2PE 多层纳米薄膜的结构和形貌。
3. 进行光学性能、电学性能测试，研究 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电特性。
4. 比较 TiO2PE 多层纳米薄膜与单层薄膜的性能差异，探究多层纳米薄膜的优势和应用前景。
三、研究方法1. 制备 TiO2PE 多层纳米薄膜：通过溶胶-凝胶法，在玻璃基板上制备多层纳米薄膜，其中 TiO2 和 PE 的浓度和比例可调控。
2. 薄膜的结构和形貌表征：采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段观察 TiO2PE 多层纳米薄膜的形貌和结构。
3. 光电性能测试：利用紫外-可见光谱仪、光电池测试仪等实验设备测试 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电性质。
4. 数据分析和实验结果比较：通过对实验所得的数据进行分析和比较，得出 TiO2PE 多层纳米薄膜的特性和优势。
四、研究预期成果1. 成功制备 TiO2PE 多层纳米薄膜，研究了 TiO2 配比和制备条件对其结构和形貌的影响。
2. 研究了 TiO2PE 多层纳米薄膜的光电性能，包括光吸收、电导率和光催化等特性，并与单层薄膜进行了比较分析。
3. 发现TiO2PE 多层纳米薄膜的光催化、电化学性能优于单层薄膜，具有更广泛的应用前景。
纳米TiO2薄膜的制备及其光谱特性研究
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图９ ３００＂Ｃ和５００＂Ｃ紫外一可见光谱图 ＵＶ—ｖｉｓ ａｂｓｏｒｂｅｎｃｙ ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｔｉ０２ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ
将上述制备的溶胶放入马弗炉中ｉ００℃下干燥 成纳米Ｔｉ０２粉体，经５００℃、６００℃、７００℃、 ８００℃和９００℃恒温烧结２ｈ后进行Ｘ射线衍射测 试，如图１。测试结果表明，经５００。Ｃ烧结后在２ｅ ＝２５．３３。，３７．８７。，４８．０９。及５４．０８。处分别出现了 锐钛矿的特征衍射峰，分别对应锐钛矿相的 （１０１）、（００４）、（２００）及（１０５）面ｕ引，即纳米 ＴｉＯ：粉末是锐钛矿相结构；温度在５００℃以上锐 钛矿相开始向金红石相转化，６００℃和７００℃为锐 钛矿与金红石相的混合晶相；８００℃均为金红石相 结构；９００℃出现了金红石相与板钛矿相的混合
图５为不同涂膜次数薄膜的透射谱图。从图中 可看出，Ｔｉｏｚ薄膜的相对透光率在波长小于 ３４０ｎｍ时急剧下降，表明所制备的ＴｉＯｚ薄膜在近 紫外光处具有明显的吸收，即对紫外线有强的吸 收。此外，对于镀膜次数较多的薄膜，在紫外一可 见光谱上会出现干涉条纹，这与文献［１６］中所得结 果正好符合。
纳米TiO2-SiO2薄膜的制备及改性的研究进展
利用 不 同 制 备 方 法 ， 可 制 成 不 同结 构 的 薄 膜 式
＂ ｒ ｉ ｏ 一 Ｓ ｉ Ｏ ： 。目前主要有混合 结构 、 叠层 结构 及多孔结
ｓ ｉ 键， 避 免 了相分 离 。Ｍｅ ｒ ｚ ｂ ａ ｃ ｈ ｅ ｒ 等 首先 通 过 实
验验 证 ； Ｒ ａ ｚ ａ ｎ等 进 一步证 明 ， 将 制备 的 Ｔ ｉ ｏ ２一Ｓ ｉ Ｏ ２
薄膜焙烧 ， 薄膜 表 面的氢 氧基 团缩 水形 成一 定数 量 的
Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 。Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 的存 在不仅增 强 了 Ｔ ； Ｏ ２ 的 表面酸度 ， 形成更 多的吸附位 ， 而且在表 面 的羟基基 团
构。
由于光激发产生 电子 一 空穴对 的复合 而导致 量子 利用
率低， 从 而制约其光催化效率的问题 。
双层复 合薄膜又分为氧 化硅顶层 一氧 化钛底 层及
２ ． １ 混合结构纳米 Ｔ ｉ Ｏ ： 一Ｓ ｉ Ｏ ２ 薄膜 混合结构薄膜 中存 在 的 Ｔ ｉ —Ｏ—Ｓ ｉ 键 可避 免 Ｔ ｉ Ｏ 与Ｓ ｉ Ｏ 产生相分离 ， 增强 对降解物 的吸附 能力 ， 从 而提 高光催化活性 】 。然而 ， 制备过程 中钛 、 硅 的水 解及缩 合速度不 同 ， 会 阻 碍 均匀 混 合 导致 薄 膜 质 量 降低 。
相分离 的产生。
本文 就纳米 Ｔ ｉ Ｏ 一 Ｓ ｉ Ｏ ２ 薄 膜 的制备 进 行 了总结 ，
并阐明了各种改性方法对其 光催化 活性 以及可 见光响
可见光响应纳米TiO2光催化薄膜的研究进展
维普资讯
第１ 期
李银辉等 ： 可见光响应纳米 Ｔｏ２ ｉ 光催化薄膜的研究进展
６ ９
ｉ ． 红石 的形成需 要高 的温度 ， 温度 高 则 粒子 的活性 表 面小 ；ｉ）金 红石 的光生 电 ）金 而 ｉ．
子一 空穴的复合率高． 因为金红石的表面携带有限数量的羟基和氧缺陷 ， 导致光生电子一 空 穴复合率增加 ；ｊ ． ｉ）锐钛矿比金红石处于导带边缘 的电子 的还原能力高． ｉ 尽管锐钛矿是 主要的光催化相， 然而最佳的光催化效率是大量锐钛矿混合一定量的金红石 ， 这归因于
收稿 日期 ： ０ ＂ ）—２ 通 讯 联 系人 ： 德 宏 ， — ｉｙ ｅｏｇ ｄ ｃ ， ｌ０ １ ４２ ２ ５５ ２０ ４ １． Ｌ６ 殷 Ｅｍａｌ ｄｈ ｎ＠ ｌ ｎＴｅ：４ １８ ９ ０ ４ ． ：
作者简介 ： 李银辉 （９ １）女， １８ 一 ， 研究方 向： 可见光响应型纳米 Ｔ０ 薄膜的制备及性能研究 ｉ２
了ＴＯ 薄膜光催化降解有机物的催化机理， ｉ２ 系统地介绍 了提 高纳米 ＴＯ 吸收 ｉ２ 波长的 方法、 用载体 、 常 可见 光响应 纳米 Ｔｉ 薄膜制 备 方法和 在 降解 有机物 方 ０ 面的应 用 ， 并概述 了其 以后 的发展 趋 势 ． 关 键 词： 可见光响应 ＴＯ 薄膜 ； ｉ２ 改性 ； 制备； 降解有机物
２ 提高纳米 ＴＯ 光催化剂可见光 响应的方法 ｉ２
半导体一 般 由填 满 电子 的低 能价 带 ｖｌ ｃ ａｄⅦ ） 空 的高 能导 带 （ｏｄ ｃｏ — ａ ｎｅｂｎ ， 和 ｅ ｃｎｕｔ ｎ ｉ ｂｎ ，Ｂ 构成 ， 带和导 带之 间存在禁 带 ． Ｏ 的带 隙能 Ｅ ＝３２ Ｖ， ａｄＣ ） 价 Ｔｉ２ ．３ｅ 可利 用波 长
TiO2表面氧吸附模拟与氧敏特性研究
（． １ 绍兴文理学 院 物理系 ， 浙江 绍兴 ３ ２０ ；２ 福州大学 化 学系， １０ ０ ． 福建 福州 ３０ ０ ） ５０ ２
摘 要：根据经典的统计理论 ， 并结合麦克斯韦速率分布律得出吸附过程 中０ 吸附量的理论模型， 从而
获得 氧吸附面密度与温度 、 氧分压的理论变化规律 。在活化能 Ｅ ＝ ．０ Ｖ的情况 下 ，ｉ ０３ ｅ ＴＯ 对氧气 吸附 的 温度 敏感 区域在 １０－ １ Ｋ之间 ， 佳吸附温度为 ３０ 这与 由金红石相 ＴＯ 所 制成氧敏元件 的最佳灵 ２ ４０ 最 ７ Ｋ， ｉ 敏度所处 的工作温度 （７ Ｋ 相近 。并 由模拟理论推测 ０ 在半导体表面 的吸附面密度与 氧分压呈线 性增 ３８ ）
Ｋｅ ｒ ｓ：ｇ ｅ ｓ ｒ ｘ ｇ ｎａ ｓｒｔ ｎ；ｅ ｅｇ ａｔｃｅ ｃｉｅｅ ｅｇ ｙｗｏ ｄ ｓ ａ ｓｎ ｏ ；ｏ ｙ ｅ ｏ ｉ ｂ ｐ ｏ ｎ ｒ ｐ ｒ ｌ ；ａ ｔ ｎ ｒ ｙ ｉ ｖ ｙ
０ 引 言
要 意义 。在合成 过程 中 ，ｉ Ｔ 表面 易 形成 氧空 位 ， 呈 Ｎ Ｏ 而
Ｂ ｌ ｍａ ｎ ｄ ｓｒｂ ｔ ｎ ， ｌ ｓ ｎ ｉ ｚ ｄ ｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｏ ｄ ｏ ｂ ｄ ｏ ｙ ｅ ｎ ｔ ｅ Ｔ Ｏ２ ｓ ｒ ｃ ｓ ｉ ｅ ｒ ｇｏ ｆ ｏｔ ｎ ｉｔ ｕ ｉ ．Ｉ ｅ ｅ ｓｔ ｅ ｅ ｅ ａ ｕ ｆ ｒａ ｓ ｒ ｅ ｘ ｇ ｎ ｏ ｈ ｉ ｕ ｆ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏ ｚ ｉ ｏ １ ｉ ｅ ａ ｈ １ ０ － １ ｎ ｅ ｎ ａ ｔ ｅ ｅ ｅ ｇ ＝０ ３ Ｖ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔ ｌ ｂ ｏ ｂ ｄ ｔｍｐ ｒ ｔｒ ｓ ａ ７ ， ｌ ｓ ｌ ２ ４ ０Ｋ ｕ ｄ ｒａ ｃ ｉ ｎ ｒ ｙ Ｅ ｖ ． ０ｅ ｎ ｈ ｐ ｉ ｍａ ａ ｓ ｒ ｅ ｅ ｅ ｕ ｉ ｔ ０Ｋ． １ ｒ ｕ ｔ ａ ｅ ３ Ｉｅｅ ｓ
仿生结构及其功能材料
仿生结构及其功能材料【摘要】种类繁多的生物界经过45亿年长期的进化其结构与功能已达到近乎完美的程度，实现了结构与功能的统一。
近年来，仿生结构及其功能材料受到越来越多的关注。
本文介绍了光子晶体材料、仿生空心结构材料、仿生离子通道、仿蜘蛛丝超韧纤维、仿生特殊浸润性表面、仿生高强超韧复合材料及仿骨材料、仿生高黏附材料及其他仿生材料的研究现状，并概要展望了其发展趋势。
【关键词】仿生合成，结构材料，功能材料1. 引言自然界中的动植物经过45亿年物竞天择的优化，其结构与功能已达到近乎完美的程度[1]。
自古以来，自然界就是人类各种技术思想、工程原理及重大发明的源泉。
在古代，我们的祖先“见飞蓬转而知为车”，即见到随风旋转的飞蓬草而发明轮子，做有装成轮子的车；受草叶的齿形边缘的启发发明了锯；受蜘蛛网的启发发明了渔网，等等。
近代，人们模仿鸟类飞行制造出飞机；模仿昆虫的单、复眼发明了复眼照相机；模仿蝙蝠回声定位发明了雷达；受响尾蛇的启发而发明红外线探测器；受海豚本能的启示而研究声纳；根据青蛙眼睛的特殊构造研制了电子蛙眼，用于监视飞机的起落和跟踪人造卫星；通过对萤火虫和海蝇的发光原理的研究，获得了化学能转化为光能的新方法，从而研制出化学荧光灯等等。
一九六Ο年秋，在美国俄亥俄州召开了第一次仿生学讨论会，成为仿生学的正式诞生之日。
仿生学一词是由美国斯梯尔(Jack Ellwood Steele)根据拉丁文“bion”(生命方式的意思)和字尾“ic”(“具有……的性质”的意思)构成的。
1963年我国将“Bionics”译为“仿生学”。
它是研究生物系统的结构、性质、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。
简言之，仿生学就是模仿生物的科学。
仿生学是在生物学、数学和工程技术学相互渗透而结合成的一门新兴科学。
随着化学、材料学、分子生物学、系统生物学以及纳米技术的发展，仿生学向微纳结构和微纳系统方向发展将是仿生学前沿的一个重要分支。
纳米流体在汽车冷却系统中的应用
TECHNOLOGY AND INFORMATION纳米流体在汽车冷却系统中的应用白金曼 唐林 王静 张皖中公高远（北京）汽车检测技术有限公司 北京 101103摘 要 纳米流体作为一种高效传热工质，在最近20多年受到广泛关注。
根据纳米流体的发展，本文总结了纳米流体的制备方法，在汽车冷却系统中应用的现状以及面临的挑战。
关键词 纳米流体；汽车发动机；冷却剂Application of Nanofluid in Automobile Cooling SystemBaiJin-man, Tang Lin, Wang Jing, Zhang WanRIOH Automobile Testing & Certification Technology Co., Ltd., Beijing 101103,ChinaAbstract As an efficient heat transfer medium, nanofluids have received extensive attention in the past 20 years. According to the development of nanofluids, the preparation methods of nanofluids, the application status and challenges in automotive cooling systems are summarized.Key words nanofluid; automobile engine; coolant引言随着当今科技的发展和人们生活水平的提高，高质量的汽车已经成为生活不可缺少的交通工具。
发动机作为汽车的动力核心装置，其整体效率直接影响汽车的动力性、经济性和稳定性。
通过改善发动机散热可以有效提高发动机效率，然而，单纯优化冷却结构已经难以满足发动机的散热要求[1-2]。
模板水热法纳米TiO_2制备及光催化性能研究
图 ３ ＴＯ ｉ２的 Ｘ Ｄ衍 射 图 Ｒ
Ｆｇ３ Ｘ Ｄｐ ｔ ｒ ｏ ｉ２ ｒｄ ｃ ａ ５ ０Ｃ ｂ ４ ０Ｃ ｉ． Ｒ ａ ｅ ｆ Ｏ ｏ ｕｔ ） ５ ￣ ）５ ＊ ｔｎ Ｔ ｐ
此外 ，５ ＂ 烧 时 ２ ＝ ７ ８ 、４ ０ 和 ５ ． 。 ４ ０Ｕ焙 ０ ３ ． 。５ ． 。 ５ ３
焙烧温度再升高 ， 光催化活性 开始下降 。一 般说 来， 这可能是由于随着焙烧温度 升高 ，ｉ ＴＯ 逐渐转 变为单一具 有光催化 活性 的锐钛 矿相 ， 焙烧 温度 高于 ５０ 后 ，ｉ 晶粒 由于 烧 结 而 明显 变 大 ， ５℃ ＴＯ 比 表面积减少 ， 而导致其催化 活性降低。样 品的 从 红 外 图谱 也显 示 ５０ ５ ℃焙 烧 后 绝 大 部 分 Ｐ Ｐ已被 Ｖ
、 辟 溢 构 。除此之外 ， 没有观察到其他 明显杂质峰 ， 这说
明其主要 以锐钛矿相存在。
的 。绝大部分八面体 晶粒小于 ４ ｍ Ｅ ］ ０ｎ 。Ｂ Ｔ测
试得 ＂ｏ ｒ ：的 比表 面积 为 １８ｍ ／ ， 一 步 说 明八 ｉ ４ ｇ进
面体晶粒 堆积而 成 的片层 和 突起状 圆球 结构 疏 松， 有利于提高 ＴＯ 的光催化活性 。 ｉ： ２ ２ 焙烧 温 度对光 催化 性 能 的影 响 ． 经前期 的单 条件 优化 ， 知在 ｍ（ Ｂ Ｔ ／ 可 Ｔ Ｏ ）ｍ （ ｖ ） 质量 比） ３ １５ 反 应 温 度 下 制 得 的样 ＰＰ （ 为 ，３ ℃ 品的光催化活性较好。而焙烧温度对 ＴＯ 光催化 ｉ
Ｋｅ ｒ ｓ ｎ ｎ － Ｏ２ Ｐ ｙ ｗｏ ｄ ： ａ ｏ Ｔｉ ； ＶＰ； ｙ ｒ ｔ ｅ Ｍ ｍｅｈ ｄ； ｈ ｔ ｅ ｔ ｙ ｉ ｈ ｄ ｏｈ ｒ ｔ ｏ ｐ ｏ ｏ ａ ａ ｓｓ ｍ ｌ
PVP包覆纳米Fe_(3)O_(4)对U(Ⅵ)的吸附
PVP包覆纳米Fe_(3)O_(4)对U(Ⅵ)的吸附谢汶级;李佳;王辛龙;任萌;周显明【期刊名称】《核化学与放射化学》【年(卷),期】2022(44)3【摘要】以聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone,PVP)包覆纳米Fe_(3)O_(4)(以Fe_(3)O_(4)@PVP表示,下同)作为U(Ⅵ)吸附剂,开展了pH值、初始铀浓度、吸附温度、离子强度、吸附时间等因素对吸附U(Ⅵ)的影响研究,同时进行了吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学与循环利用研究。
结果表明,在pH=6.00、温度为20~40℃时,Fe_(3)O_(4)@PVP吸附U(Ⅵ)达到平衡的时间为5~60 min,单次铀吸附率均大于75%。
该吸附过程符合准二级吸附动力学模型,温度为20~40℃时,准二级吸附速率常数为0.000646~0.012500 g/(mg·min);该过程符合Redlich-Peterson与Langmuir等温线模型,根据Langmuir等温线预估20~40℃时Fe_(3)O_(4)@PVP吸附U(Ⅵ)的饱和吸附容量为185.8~291.0 mg/g。
此吸附过程是一个吸热过程(标准吸附焓变ΔH>0),且为自发吸附过程(标准吉布斯自由能ΔG<0)。
【总页数】10页(P377-385)【作者】谢汶级;李佳;王辛龙;任萌;周显明【作者单位】中国核动力研究设计院核燃料及材料国家级重点实验室;四川大学化学工程学院【正文语种】中文【中图分类】TL212.3【相关文献】1.Zn^(2+)掺加的包覆型Fe_(2)O_(3)/SiO_(2)颜料的制备及其呈色性能2.包覆硬脂酸膜α－Fe_(2)O_(3) 超微粒子的光谱及光电化学研究3.碳包覆多孔Fe_(3)O_(4)锂离子电池负极材料4.Al_(2)O_(3)包覆改善P2型Na_(2/3)Fe_(1/2)Mn_(1/2)O_(2)正极材料的存储性能5.一维氮掺杂碳包覆Fe_(3)O_(4)和Fe_(7)S_(8)纳米棒复合材料的制备及其储锂、储钠性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
染料敏化纳米TiO_2薄膜太阳能电池的研究进展
Ａｎ 等［１４］以 ＴｉＣｌ４ 或 ＴｉＣｌ３ 为前驱体 ，向 电 解 液 中 加 入 阳离子表面活性剂溴化十六烷三甲基铵（ＣＴＡＢ），通 过 阴 极电沉积法制备了 ＴｉＯ２ 薄膜。 乔俊强等［１５］采用直流复合 电 沉 积 法 ， 在 纳 米 镍 镀 液 中 加 入 平 均 粒 径 为 １５ ｎｍ 的 ＴｉＯ２ 纳 米颗粒，采用机械搅拌，成功地制备出 ＴｉＯ２／Ｎｉ 纳 米复合涂层。 ３．３ 化学气相沉积法
物）制备纳米晶。 这种方法对设备要求不高、容易操作，其中的水热熟
化过程还可以控制产物的结晶和长大， 因而使半导体氧 化物的颗粒尺寸和分布， 以及薄膜的孔隙率成为可以控 制的因素，并且效果良好。Ｄａｖｉｄ Ｇｒｏｓｓｏ 小组观察到在一 定的水热处理温度下，薄膜出现“自组装”现象，呈现理想 的表面形态［２６］。 这对于获得有利于 ＤＳＳＣ 光电转换的光电 极意义非常重大。 水热合成法的局限性是它必须进行高 温和高压处理，这限制了基底材料的选用。 如目前研究得 比较多的用柔性有机聚合物取代玻璃作基底材料就会受 到高温处理过程的限制。 此外，水热合成法需时较长，整 个过程需要十几个小时，且不能及时获得光电极。 水热合 成法需要耐温、耐压、耐酸腐蚀的反应釜，操作复杂，有机 溶剂的毒性、可燃性有潜在环保和安全问题。 目前大多研 究集中在粉体制备上， 但基本上都停留在实验室几十毫 升至几升的小高压釜水平上，难以产业化。
当电极反应中， 有 Ｈ＋ 参加反应时，ｐＨ 值的大小直接 影响到不同元素的离子能否在阴极上共沉积以及沉积薄 膜中不同元素原子的比例， 而且电解质溶液的酸度也决 定被还原物质的氧化态和还原态的形式，溶液的 ｐＨ 值对 电化学反应和成膜反应都有较大的影响， 通常只有在一 定的 ｐＨ 值范围内，才能形成指定结构的膜材料。 在调整 沉积物的物理特性问题上，ｐＨ 值比其它因素更加重要。 3.2.4 温度
近红外复合光催化剂的研究进展
近红外复合光催化剂的研究进展张飞龙; 邵怡亮; 束敏; 何航党; 欧玉静【期刊名称】《《工业催化》》【年(卷),期】2019(027)011【总页数】5页(P7-11)【关键词】催化化学; 近红外; 光催化剂; 复合材料【作者】张飞龙; 邵怡亮; 束敏; 何航党; 欧玉静【作者单位】兰州理工大学石油化工学院甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】O644; TQ034环境污染与能源短缺已成为人类面临的巨大挑战。
氢被视为潜在的能源载体，燃烧不排放温室气体或有害大气颗粒。
太阳能转化为氢能或驱动有机物的降解，可同时解决能源短缺和环境危机[1]。
1972年，Fujishima A 等[2]首次发现TiO2电极可光分解水，实现太阳能到氢能的转换。
TiO2在光催化领域发挥着至关重要的作用，但传统光催化材料受能带限制[3]，仅能吸收λ≤387.5 nm的光，不能充分利用太阳光，限制了光催化技术的实用性。
红外光约占太阳光的50%，传统光催化剂难以直接利用近红外光，且直接吸收可见光所得的光生载流子活性较差，不可彻底矿化污染物。
因此，研究者寻求新的改性材料，提高光催化活性及稳定性，以实现从紫外到近红外光谱吸收，提高太阳能利用率。
光催化剂改性方法主要有离子掺杂转换、碳量子点、介孔材料界面组装。
离子掺杂上转换材料是利用上转化材料发光机理实现近红外光吸收[4]；碳量子点是碳骨架掺杂离子，形成新型碳量子点光催化剂，在近红外光区选择性氧化反应物[5]；介孔材料在界面进行组装形成复合型介孔材料，可利用其独特的介孔结构将光谱吸收范围拓宽到近红外光区域[6]。
本文主要综述离子掺杂转换、碳量子点、介孔材料界面组装制备的新型光催化材料及其性能，探索光催化实用性。
1 离子掺杂上转化上转换发光材料可将低能近红外光子转换为高能光子，高能光子通过构建荧光共振转移系统将能量转移，活化量子效率较高的半导体材料，对太阳能转化应用前景可观。
掺杂是在半导体禁带结构中引入杂质能级，减小半导体光催化剂带隙宽度并拓宽光吸收范围。
层序空间多孔结构TiO2实现高效光催化CO2还原
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2023 年第 42 卷第 7 期层序空间多孔结构TiO 2实现高效光催化CO 2还原郭立行1，庞蔚莹1，马克遥1，杨镓涵1，孙泽辉2，张盼1，付东1，赵昆1（1 华北电力大学（保定）环境科学与工程系，河北 保定 071003；2 冶金工业规划研究院，北京 100029）摘要：以葡萄糖为原料，经一步水热法生成葡萄糖基碳球（GCs ），粒径约500nm ，利用微乳液聚合法合成粒径约270nm 的聚苯乙烯微球（PSs ）。
通过真空抽滤，制备了GCs 和PSs 层层组装的多级模板，TiCl 4完全浸润模板并经干燥和高温煅烧，获得了空间层序多级孔结构的TiO 2。
采用X 射线衍射（XRD ）、扫描电子显微镜（SEM ）、N 2吸附-脱附等手段表征了所制备催化剂的形貌、组分和孔结构。
在饱和CO 2气氛下加入H 2O ，利用催化剂在模拟太阳光条件进行光催化还原试验。
结果表明：经过7h 的光催化测试，相较于商用P25和无空间结构的TiO 2，层序空间多孔TiO 2生成还原产物CO 的产率均得到明显提高。
其中，空间复合多级孔TiO 2在结构失配的情况下仍表现出较高的CO 产率。
结合实验结果和表征证实：纳米微球层所形成的层序空间多孔TiO 2具有较高的比表面积和丰富的孔结构，有利于形成大量表面活性位点。
三维网状多孔结构暴露出的氧空位缺陷提供了有效的光生载流子传输通道，增强了光生电子和空穴的分离，促进了光生电子参与还原过程，最终提高了CO 2转化为CO 的效率。
关键词：光催化；CO 2还原；层序空间；TiO 2多孔结构中图分类号：X511 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）07-3643-09Hierarchically multilayered TiO 2 with spatial pore-structure for efficientphotocatalytic CO 2 reductionGUO Lixing 1，PANG Weiying 1，MA Keyao 1，YANG Jiahan 1，SUN Zehui 2，ZHANG Pan 1，FU Dong 1，ZHAO Kun 1(1 Department of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003, Hebei,China; 2 China Metallurgical Industry Planning and Research Institute, Beijing 100029, China)Abstract: Glucose-based carbon spheres (GCs) with size about 500nm were synthesized by one-step hydrothermal method using glucose as the precursor. Polystyrene microspheres (PSs) with diameter about 270nm were obtained by microemulsion polymerization. The multi-stage template assembled by GCs andPSs was prepared by vacuum filtration. TiCl 4 was completely infiltrated into the template, and the TiO 2 with hierarchical pore structure was fabricated after dry and calcination. The morphology, composition and pore structure of the catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and N 2 adsorption-desorption. Photocatalytic reduction experiments were carried out in the presence of saturated CO 2 and H 2O under simulated sunlight condition. The results showed that after7h photocatalytic test, compared with commercial P25-TiO 2 and TiO 2 without spatial structure, the TiO 2研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1579收稿日期：2022-08-26；修改稿日期：2022-11-23。
TiO_2薄膜的光电催化性能及电化学阻抗谱研究_尹荔松
第 1-
3期 5页
世界科技研究与发展
WO RLD SC I2TECH R&D
Vol. 29 No. 3 Jun. 2007 pp. 1 - 5
TiO2 薄膜的光电催化性能及电化学阻抗谱研究 3
尹荔松 1 向成承 1 闻立时 1, 2 周克省 1 潘吉浪 1
(1. 中南大学物理科学与技术学院 , 长沙 410083; 2. 中国科学院金属研究所 , 沈阳 110016)
本实验中暗态过程指无光照 ,无催化剂和外加 偏压的过程 ;光氧化过程指不加入催化剂 ,用紫外灯 直接照射偶氮酸性红溶液 ;光催化过程是将 112步 骤中制备好的 TiO2 催化剂薄膜电极置于反应容器 中 ,面朝光源 ,将紫外灯预热 30 m in (使光强稳定 ) , 然后测定不同反应时间后偶氮酸性红溶液 (λmax = 510 nm ) 的吸 光度 ; 光电 催化 过程 为 紫 外 灯 照 射 TiO2 光催化薄膜 ,同时施加一定的阳极偏压 ,观察 偶氮酸性红溶液的降解过程 。
将新配置的浓度为 15 mg /L 的偶氮酸性红溶液 50 mL 放入自制的光催化反应容器中 ,打开磁力搅
第 2 页
图 1 反应器示意图 F ig. 1 Sketch map of reactor
www. g lobesci. com
2007年 6月
世界科技研究与发展
院士论坛
2 结果与讨论
3 基金项目 :中国博士后基金项目资助 (或者溶胶凝胶法来制 备光电极 [ 2～10 ] ,对于用直流磁控溅射法制备 TiO2 电 极的研究少见报道 。而直流反应磁控溅射法具有较 高的溅射速率 ,薄膜的成分易于控制 ,生产重复性好 等独特优点 [ 11, 12 ] ,特别适于工业化生产 。本文采用 直流磁控溅射法制备 TiO2 薄膜电极 ,运用电化学阻 抗谱 ( E IS)对其阻抗谱特征进行表征 ,同时以酸性 红溶液为模型污染物 ,研究此薄膜电极对其的光电 催化降解活性与阻抗谱之间的关系 ,为光催化技术 的工业化应用提供相应的依据 。
纳米ZnO／聚乙烯薄膜和纳米TiO2／聚乙烯薄膜紫外屏蔽性能的比较
塑 料 工 业
・
第 ３ 卷第 ７期 ６
２０ 年 ７月 ０８
４ ・ ６
Ｃ Ⅱ Ａ Ｈ ．Ｓ ｌ Ｓ Ｉ ｜ Ｎ Ａ Ｔ Ｃ ＮＤＵ Ｔ Ｙ ＳＲ
纳 米 Ｚ Ｏ 聚 乙烯 薄膜 和纳 米 ＴＯ ／ 乙烯 薄膜 ｎ／ ｉ ２聚 紫外屏蔽性能 的 比较
房 春燕 一，曾 舒 一，魏凤 琴 一，孙 军平 ，
（． １ 贵州大学 化学工程学 院，贵州 贵阳 ５ ００ ；２ 贵州省纳米材料工程 中心 ，贵州 贵阳 ５ ０２ ５０３ ． ００；
３ 国家 复 合 改 性 聚 合 物 材 料 工 程 技 术 研 究 中心 ，贵 州 贵 阳 ５０ １） ． ５０４
２．Ｎａ ｏ ｍｅｅ ｔｒ ｎ ． Ｃ ｎｅ ｆＧｎｚ ｏ ｒｖｎ ｅ，Ｇｎｙ ｌ ａ ｅ ｔｒｏ ｉ ｈ ｕ Ｐ ｏ ｉ ｃ ｉ ａ ５ ０ ０ ３， Ｃ ｎ ； ｇ ｉ ｈａ
３ ａ ｏ ａ Ｅ ｇ ｅｅｒ ｅｔ ｒ ｏ ｐｕ ｄｎ ｎ ｏ ｉｃｔ ｎ ｏ Ｐ ｌ ｒ ｔ ｉ ｓ ｎ ａｇ５ ０ １ ，Ｃ ｎ ） ．Ｎ ｔ ｎｌ ｎ ．Ｒ ｓ ｃ Ｃ ｎｅ ｆ ｍ ｏ ｎ ｉ ａｄ Ｍ ｄ ａｏ ｆ ｏ ｍｅ Ｍａ ｒ ，Ｇ ｙ ５ ０ ４ ｈａ ｉ ａｈ ｒｏ Ｃ ｇ ｉ ｆ ｉ ｙ ｅａ ｌ ｉｎ ｉ
Ｃｏ ａ ｉｏ ｅｗｅ ｎ ＵＶ ｃ ｅ ｎ ｎｇ Ｐｒ ｐ ｒｉｓ ｏ ｎ － Ｏ／ ｍｐ ｒ ｓ ｎ ｂ ｔ ｅ Ｓ ｒ ｅ ｉ ｏ ｅ ｔ ｆＮａ ｏ Ｚｎ ＰＥ ｅ
Ｆ ｌ ａ ｄ Ｎａ ｏ Ｔｉ Ｐ ｅ ｒ ｎ ｉ ｍ ｎ ｎ ． ＯＪ Ｅ Ｍ ｍｂ ａ ｅ
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二氧化钛_聚乙烯吡咯烷酮纳米复合薄膜的制备与表征_张晟卯
收稿日期:2002-10-23基金项目:河南省杰出人才创新基金(批准号:0121001700).作者简介:张晟卯(1975-),男,研究生,主要从事纳米材料的研究.*通讯联系人.二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米复合薄膜的制备与表征张晟卯1,2,吴红丽1,张治军*1,党鸿辛1,2,刘维民2(1.河南大学特种功能材料重点实验室,河南开封475001;2.中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州730000)摘 要:采用溶胶-凝胶法(so1 gel)制备了TiO 2/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)有机 无机纳米复合薄膜.采用扫描电子显微镜、接触角测定仪、红外光谱仪、紫外 可见吸收光谱仪和静 动摩擦系数测定仪对所制备的T iO 2/PVP 纳米复合薄膜进行了结构表征和性能研究.结果表明:所制备的TiO 2/PVP 纳米复合薄膜表面平整光滑、无裂纹、具有一定的疏水性、良好的透明性、防紫外线性能和减摩抗磨性能.关键词:溶胶-凝胶;二氧化钛;聚乙烯吡咯烷酮;纳米复合薄膜中图分类号:O648.15文献标识码:A 文章编号:1008-1011(2003)01-0001-03Preparation and Characterization of TiO 2/PVPNanocomposite Thin FilmsZHANG Sheng mao 1,2,W U Hong li 1,ZHANG Zhi jun 1,DANG Hong xin 1,2,LI U Wei min2(bo ratory o f Special Funct ional Materials,Henan U ni versity,K ai feng 475001,China;2.State key L aboratory o f Solid Lubrication ,Lanzhou Institute o f Che mic al Physics ,Lanzhou 730000,China)Abstract:Naonocomposite thin films of TiO 2/PVP have been prepared by the sol gel process.The TiO 2wasobtained by the hydrolysis of titanium n butoxide(TNB T)under the catalysis of HCl.Scanning electron mic roscopy,contac t angel measure ment apparatus,FT IR,UV VIS and dynamic static coefficient processmeasurement apparatus were applied to the study of the structure and properties of the films.Keywords:sol gel;TiO 2;PVP;naonocomposite thin films通过两种或多种材料的功能复合,性能互补和优化,可以制备出性能优异的复合材料[1].复合材料的性质不仅取决于单个组分的性质,更取决于两相的形貌和两相间的作用力.无机/有机高分子纳米复合或杂化材料是材料研究的一个热点,这种材料兼有无机和有机材料的特点,同时也能出现一些二者复合后的协同效应.通过控制体系中各组分的含量,可以实现在纳米量级上用高分子改性无机材料,也可用无机纳米材料改性高分子.这类材料在光学透明性、可调折光指数、力学性能、耐高温耐磨损等方面表现出了优异的性能[2].作者在石英和玻璃片上制备了TiO 2/P VP 纳米复合薄膜,采用扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱仪、紫外-可见吸收光谱仪、接触角测定仪和静-动摩擦系数测定仪对薄膜的结构和性能进行了研究.1 实验部分1.1 试剂与仪器钛酸四丁酯(上海试剂三厂、化学纯)、聚乙烯吡咯烷酮(上海化学试剂采购站)、无水乙醇(中国安徽酒厂、分析纯)、盐酸(洛阳化学试剂厂、分析纯)、基片为普通玻璃片和石英片.Nicolet 360型红外光谱仪(F T IR,美国)、JE M 3600 LV 型扫描电子显微镜(日本电子)、He ios 型紫外 第14卷 第1期化 学 研 究Vol.14 No.12003年3月C HE MICAL RESEARC H Mar.2003可见吸收光谱仪(英国UNICAM 公司)、JY 82型C A 测定仪(承德试验机厂)、DF P M 型动 静摩擦系数测定仪(日本协和株式会社).1.2 TiO 2/PVP 纳米复合膜的制备(1)将19.20mL 钛酸四丁酯、40mL 无水乙醇加入三口烧瓶中,在剧烈搅拌下向其中慢慢滴加40mL 稀盐酸(n H 2O n HCI =2 0.05),滴加完毕后,加入0.5g 聚乙烯吡咯烷酮,继续搅拌2h.(2)基片的准备:玻片在浓硫酸和30%的过氧化氢(V H 2SO 4/V H 2O 2=7 3)混合液中超声3h,用蒸馏水充分漂洗后,依次用蒸馏水、无水乙醇清洗,洗净的玻璃片干燥后,置于干燥器中待用.(3)用浸涂法成膜,拉膜速度4.60cm/min.(4)将所制备的薄膜试样经150 高温处理30min,以制得固化的有机-无机纳米复合薄膜.将未经高温处理的薄膜试样标记为未固化薄膜,而将经高温处理后的薄膜试样标记为固化薄膜.2 结果与讨论2.1 紫外-可见吸收光谱分析图1为石英基片上固化与未固化TiO 2/PVP 复合薄膜的紫外-可见吸收光谱图.由图可以看出TiO 2/PVP 复合薄膜固化前后的吸收曲线完全重合.目前大多数文献利用理论物理模型计算带隙能量的变化( E g )是通过上升吸收带边的位置变化( onset)而得, onset 的位置由吸收边线性外推至y =0时在x 轴的位置变化来确定[3].按此法外推得到样品的上升吸收边 onset 为333nm,相对于体相的TiO 2(E g =3.2eV, =388nm)有很大的蓝移,说明所制备的复合薄膜中含有TiO 2纳米颗粒并且表现出了明显的量子尺寸效应.固化前后的吸收曲线完全重合说明固化的过程中TiO 2纳米颗粒的粒径并没有明显变化.由图还可以看出TiO 2/PVP 纳米复合薄膜的吸收发生在紫外区,而在可见光区则几乎没有吸收,这说明复合薄膜具有很好的透明性和防紫外线能力,这使其在某些光学器件上有一定的潜在应用价值.图1 紫外-可见吸收光谱图图2 固化与未固化薄膜的红外光谱图2.2 红外光谱分析图2为TiO 2/PVP 复合薄膜固化前后的红外光谱图.对于未固化的薄膜3400c m -1附近的吸收带为羟基的伸缩振动吸收,2900c m -1附近的吸收带为C H 伸缩振动吸收,1650c m -1处的吸收峰是C O 伸缩振动吸收[4],固化后3400cm 1附近的吸收带强度明显减小表明在固化的过程中发生了缩水反应.CO 伸缩振动吸收由1650cm -1位移到了1633c m -1表明在固化的过程中发生了化学反应.两者在低波数段吸收背景的升高,表明结构中存在Ti O Ti 结构[5].2.3 扫描电镜分析采用扫描电子显微镜对固化后的TiO 2/PVP 薄膜的结构进行了表征.图3是其平面扫描电镜图,由图可以看出,所制得的薄膜表面平整光滑,没有明显的裂纹 图4则是其断面扫描电镜图,由图可以看出其所制备的薄膜薄厚均匀,厚度约为1.7 m 左右.有机与无机两相混合的均匀程度将极大地影响复合材料的性能,为了得到性能优异的复合材料往往需要两者均匀地混合.图5是TiO 2/PVP 纳米复合薄膜中Ti 元素的分布图,由图可以看出在所制备的薄膜中钛元素分布均匀,说明TiO 2与PVP 两相是均匀弥散的.2 化 学 研 究2003年图3 固化后薄膜的平面扫描电镜图图4 固化后薄膜的断面扫描电镜图2 4 接触角分析膜材料的接触角是由表面层的性质决定的,可以通过测量接触角来了解其表面层的性质.经测定,固化前薄膜对水的接触角为50 ,固化后接触角是75 .这说明固化后的TiO 2/PVP 复合薄膜表面能较低,因而具有一定的疏水性和防结污能力.2.5 摩擦学性能研究在动 静摩擦系数测定仪上进行摩擦试验,试验条件为法向载荷0.5N,10mm,相对湿度为40%~44%,滑动速度20cm/min,摩擦对偶试样选用 3mm 的AISI 52100轴承钢球,试验前所有试样均在丙酮中超声清洗15min,然后热风吹干.摩擦系数由记录仪自动记录,用薄膜被磨穿时的滑动循环次数表示薄膜的耐磨寿命.当摩擦系数突然升高时,即认为薄膜已经磨穿,其结果如图6所示 可以看出:空白玻璃片的摩擦系数为0.87.纯PVP 膜的摩擦系数为0.20,但耐磨寿命仪为330次.纯TiO 2膜的耐磨寿命高达2000次以上,但摩擦系数却高达0.34,TiO 2 PVP 纳米复合薄膜的摩擦系数仅为0.22,且耐磨寿命也高达2000次以上.表明所制备的TiO 2/PVP 纳米复合薄膜在所给实验条件具有良好的减摩抗磨性能.图5 Ti 元素在T i O 2/PVP 膜中的分布图6 不同薄膜和衬底的磨擦系数曲线3 结论成功制备了TiO 2/PVP 纳米复合薄膜,结构与性能表征表明:所制备的薄膜表面平整光滑没有明显裂纹、薄厚均匀;有机无机两相在纳米尺度上均匀弥散;表面能较低,具有一定防水和防结污性能;具有良好的透明性和防紫外线性能;具有良好的减摩抗磨性能.参考文献:[1]刘华营,葛学武,倪永红,等.无机/有机的纳米复合材料的研究进展[J].化学进展,2001,13(5):403-409.[2]黄智华,丘坤元 溶胶-凝胶法合成聚甲基丙烯酸甲酯/杂化聚合物材料[J] 高等学校化学学报,1997,18(5):803-806.[3]张玉红,吴鸣,孙福侠,等.二氧化钛溶胶粒度分布与光谱特征[J].催化学报,1999,20(3):305-308[4]严瑞 .水溶性高分子[M] 北京:化学工业出版社,1998.[5]张治军.表面修饰纳米微粒的化学合成及摩擦学行为研究[D].兰州:中国科学院兰州化学物理研究所.1996.第1期张晟卯等:二氧化钛/聚乙烯吡咯烷酮纳米复合薄膜的制备与表征3。
rGO改性TiO2薄膜的制备及光催化性能
rGO改性TiO2薄膜的制备及光催化性能李翠霞;任一波;杨轩;胡瑞兵;杨志忠【摘要】氧化石墨烯-二氧化钛(GO-TiO2)前驱体溶胶经浸渍-提拉成薄膜,再经热处理、紫外辐照还原得到还原氧化石墨烯-二氧化钛(rGO-TiO2)薄膜.利用XRD、Raman、SEM对薄膜进行表征分析.通过光催化还原Ag+以及光催化降解甲基橙研究GO加入量对rGO-TiO2薄膜光催化性能的影响;并将光催化还原Ag+后的薄膜直接用于降解甲基橙.结果表明:薄膜中TiO2的晶相为锐钛矿相与金红石相的混合晶相,GO部分被还原为rGO;薄膜表面平整,片状rGO均匀镶嵌其中;当GO质量分数为1.0％和1.5％时,rGO-TiO2薄膜的光催化性能接近,光催化还原Ag+的效率为93％左右,光催化降解甲基橙的效率为92％左右;光催化还原Ag+后的薄膜直接用来降解甲基橙,其降解效率明显提高.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2018(044)005【总页数】5页(P28-32)【关键词】还原氧化石墨烯;改性;TiO2薄膜;光催化【作者】李翠霞;任一波;杨轩;胡瑞兵;杨志忠【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TB34近年来，环境中的水污染问题日益突出，其中工业废水的排放是造成水污染的重要原因之一.不同行业的工业废水成分千差万别，如电镀废水中含有铬、锌、铜、镍、镉、银、金等重金属离子[1]；印染废水中含有甲基橙、亚甲基蓝、孔雀石绿等各种对生态系统危害极大的有机污染物[2].如何有效处理这些污染物成为当前的一个研究重点.其中半导体光催化氧化技术由于其易操作、能耗低、高效等优点已被视为污水处理极具前景的方法[3]，可以实现重金属离子的还原和有机污染物的降解.有相关研究报道，沉积适量金属及其离子于半导体表面可以增强其光催化活性[4].若先利用光催化剂还原废水中的重金属离子，使重金属离子沉积在催化剂表面，再直接利用其降解有机污染物，既去除并回收了水体中的重金属离子，又能使光催化剂具有更佳的光催化效果；同时免去还原后金属的富集回收过程，简化工艺，降低成本，是一个污水处理的新思路.在众多半导体光催化剂中，TiO2有着强氧化性、廉价、无毒、化学性质稳定等优点，是一种有效的光催化剂[5]，但粉体TiO2有着使用后难分离、难回收等缺点.将其制备为TiO2薄膜，因薄膜材料具备易回收、可循环利用和处理简单等优势，更具应用潜力[6].将TiO2制备成薄膜，其光催化效率依然受到自身光生载流子易复合的限制[7].考虑到石墨烯独特的结构和物理化学性能(比表面积(2 630 m2/g)以及优良的导电性能)[8]，将其引入到TiO2薄膜中，可以有效转移TiO2的光生电子，抑制TiO2光生电子-空穴对的复合，进而获得性能更加优异的光催化剂.本文提出制备不同GO加入量的rGO改性TiO2薄膜，即rGO-TiO2薄膜.分别研究薄膜中GO加入量对其光催化处理水中Ag+或甲基橙性能的影响，并用实验所得光催化还原Ag+后的rGO-TiO2薄膜进行光催化降解甲基橙的实验，以比较薄膜还原Ag+前后光催化性能的变化.1 实验1.1 样品的制备1.1.1 GO的制备采用改进Hummers法制备GO[9].先将184 mL浓硫酸和48 mL浓硝酸加入到预先放置在冰水浴(5 ℃以下)中的三口烧瓶中，磁力搅拌条件下缓慢加入2 g天然鳞片石墨；搅拌反应30 min后加入12 g高锰酸钾，冰水浴反应2 h.再将水浴温度升高至35 ℃反应30 min，再升温至85 ℃继续反应30 min后，加入200 mL蒸馏水保持水浴温度搅拌30 min，终止反应，滴加20 mL过氧化氢后静置；之后进行酸洗、水洗至中性且无，干燥得到GO黑色固体.1.1.2 GO-TiO2前驱体溶胶的制备将17.5 g柠檬酸加入到82 mL无水乙醇中搅拌至完全溶解；加入25 mL钛酸四丁酯同时搅拌反应30 min；滴加5 mL蒸馏水，继续反应30 min，得到浅黄色TiO2前驱体溶胶，陈化后加入0.6 g聚乙烯吡咯烷酮；再将不同量的GO(占TiO2质量分数的0.1%，0.5%，1.0%，1.5%)加入到TiO2溶胶中得到GO-TiO2前驱体溶胶.1.1.3 rGO-TiO2薄膜的制备将清洗过的基片分别浸入上述不同GO加入量的GO-TiO2前驱体溶胶中，静置3 min后，匀速提拉出来，放入100 ℃的真空干燥箱中干燥25 min；重复以上步骤10次可制得不同GO加入量的10层GO-TiO2前驱体薄膜；将此前驱体薄膜放入马弗炉中在400 ℃下热处理3 h，随炉冷却后取出，得到不同GO加入量的GO-TiO2薄膜，记为x%GO-TiO2薄膜(x=0.1，0.5，1.0，1.5).在高压汞灯下辐照还原6 h，即可得到部分还原的氧化石墨烯-TiO2薄膜，对应记为x%rGO-TiO2薄膜.1.2 样品表征采用D8/axs型X射线衍射仪检测薄膜样品的物相组成；Invia型拉曼光谱仪分析样品的分子结构；JSM-6701F型扫描电子显微镜检测薄膜样品的形貌；7230G型紫外-可见分光光度计测定Ag+和甲基橙溶液的质量浓度.1.3 光催化性能测试光催化装置为自行设计，光源为250 W高压汞灯(GYZ250)且距液面15 cm.光催化还原Ag+实验：取10片rGO-TiO2薄膜于100 mL原始pH(pH≈7)、质量浓度20 mg/L的AgNO3水溶液中，暗吸附40 min后打开光源，每隔20 min 取一次试样，利用国标法提供的3,5-Br2-PADAP([2-(3,5)-二溴-2-吡啶偶氮]-5-二乙氨基苯酚)分光光度法[10]测定水溶液中Ag+的质量浓度.光催化降解甲基橙实验：取10片rGO-TiO2薄膜于100 mL的pH≈3、质量浓度20 mg/L的甲基橙水溶液中，暗吸附30 min后加入2 mL过氧化氢溶液.打开光源，每隔20 min取一次试样，利用紫外分光光度计测试水溶液中甲基橙的质量浓度.将紫外还原Ag+ 80 min后的1.0%rGO-TiO2薄膜(记为1.0% rGO-TiO2-Ag)用蒸馏水清洗并吹干后，用于进行甲基橙的光催化降解，测试方法同上.设废水(Ag+或甲基橙水溶液)初始质量浓度为C0，光催化一定时间后废水质量浓度为C，则光催化效率η可由下式求得η×100%(1)2 结果与讨论2.1 X射线衍射(XRD)分析TiO2和1.0%rGO-TiO2薄膜样品的X射线衍射图如图1所示.由图可知，TiO2和rGO-TiO2薄膜样品都在2θ=25.3°、37.8°、48.2°、54.0°、62.8°附近处出现了衍射峰，比较标准PDF卡(JCPDS No.89-4921)可知：上述各衍射峰分别与锐钛矿型TiO2的(101)、(004)、(200)、(105)、(204)晶面衍射峰对应；此外，TiO2和rGO-TiO2薄膜样品在2θ=27.5°处的衍射峰对应于金红石相TiO2的(110)晶面衍射峰(标准PDF卡片JCPDS No.89-4920).以上分析表明，400 ℃热处理的TiO2薄膜及rGO-TiO2薄膜中TiO2均为锐钛矿相和金红石相的混合晶相，rGO 的引入未改变TiO2的晶体结构.rGO-TiO2薄膜样品的XRD图谱中并未观察到碳类相关特征衍射峰，这可能是由于rGO较低的质量分数以及相对低的衍射强度所致[11].图1 TiO2和1.0%rGO-TiO2薄膜的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of TiO2 and1.0%rGO-TiO2 films2.2 拉曼(Raman)光谱分析拉曼检测是一种辨别样品分子结构的有利手段.其中，1.0%GO-TiO2和1.0%rGO-TiO2薄膜的拉曼光谱如图2所示.由图中可以看出,还原前后薄膜在144、396、517、638 cm-1附近都出现了振动峰，这些振动峰分别与锐钛矿型TiO2的Eg、B1g、A1g+B1g、Eg特征峰对应[12]；1 379、1 613、2 672 cm-1附近的振动峰则分别与石墨烯的D、G和G′峰相对应，D峰源于石墨烯边缘或平面内SP3缺陷和无序碳，而G峰源于石墨烯平面内有序SP2碳原子的振动[13].D峰与G峰强度比(ID/IG)可表征石墨烯的缺陷密度，强度比越低说明石墨烯缺陷密度越低[14].由图2b中可以看出，从GO-TiO2薄膜到rGO-TiO2薄膜，ID/IG值从1.192降低到1.081，但D峰依然存在.证明经紫外辐照后，薄膜样品中GO部分被还原为rGO.2.3 扫描电子显微镜(SEM)分析图3a为w(rGO-TiO2)=1.0%薄膜样品表面的SEM图，薄膜表面平整均匀，镶嵌很多白色片状微粒.这是由于本实验所采用的柠檬酸(结构中含有三个羧基和一个羟基)与钛酸四丁酯发生如式(2)单齿配位反应[15]后，进一步与分散在溶胶中的GO 反应，形成具有位阻效应的复杂络合物，经过热处理及紫外辐照还原后在薄膜中形成均匀分布的负载有纳米TiO2粒子的rGO片.图3b是1.0%rGO-TiO2薄膜样品的截面图.如图所示，薄膜厚度均匀，与玻璃基体连接紧密，可以看出经溶胶-凝胶法制备的10层rGO-TiO2薄膜厚度约为2.5 μm，这与相关学者采用浆料法制备的TiO2薄膜厚度相当[16].图2 1.0%GO-TiO2和1.0%rGO-TiO2薄膜的拉曼光谱图及其局部放大图Fig.2 Raman spectra of 1.0%GO-TiO2 and 1.0%rGO-TiO2 films and its partial enlarged detail图3 w(rGO-TiO2)=1.0%薄膜样品表面和截面SEM图片Fig.3 SEM patterns of surface and cross-section of 1.0% rGO-TiO2 film2.4 光催化性能测试2.4.1 GO加入量对薄膜光催化还原Ag+性能的影响由图4可知，前40 min的暗吸附阶段，加入不同量GO制备的rGO-TiO2薄膜对Ag+的吸附效果与TiO2薄膜相比都明显提高.这主要源于rGO-TiO2薄膜中，rGO表面依然存在一些羟基和羧基官能团，可以与Ag+发生吸附作用，从而提高薄膜对其的吸附能力.光照之后，相较于TiO2薄膜，加入不同量GO制备的rGO-TiO2薄膜的光催化效率都有所增加，并且随着GO加入量的增加，光催化效率呈现增加后逐渐稳定的趋势，80 min时1.0%与1.5%样品对Ag+光催化还原率接近且均达到93%左右，这主要是由于薄膜之中的rGO片使得导带上的电子很容易通过TiO2与石墨烯的接触面传递到石墨烯中，促进了TiO2电子与空穴的分离.图4 TiO2和不同GO加入量(0.1、0.5%、1.0%、1.5%的rGO-TiO2薄膜对Ag+光催化还原率的影响Fig.4 Effect of TiO2 and rGO-TiO2 films with different addition amount of GO(0.1%, 0.5%, 1.0%, 1.5%)on photocatalytic reduction efficiency of Ag+2.4.2 GO加入量对薄膜光催化降解甲基橙性能的影响由图5可知，前30 min的暗吸附阶段，加入不同量GO制备的rGO-TiO2薄膜光催化剂对甲基橙的吸附效果与TiO2薄膜相比都明显增加，这主要源于rGO的大π键体系和二维平板状结构与甲基橙产生共轭作用，从而提高薄膜对其的吸附能力.光照之后，相较于TiO2薄膜，加入不同量GO制备的rGO-TiO2薄膜的光催化效率都有所增加，并且随着GO加入量的增加，光催化效率呈先增加后逐渐稳定的趋势，120 min时1.0%与1.5%样品对甲基橙的降解效率接近且均达到92%左右，这主要是薄膜中的rGO片能够及时转移TiO2的光生电子，有效抑制了TiO2光生电子-空穴对的复合，提高了薄膜的光催化效率.图5 TiO2和不同GO加入量(0.1%、0.5%、1.0%、1.5%)的rGO-TiO2薄膜对甲基橙光催化降解率的影响Fig.5 Effect of TiO2 and rGO-TiO2 films with different addition amount of GO (0.1%, 0.5%, 1.0%, 1.5%) on photocatalytic degradation efficiency of methyl orange图6 1.0%rGO-TiO2-Ag薄膜和1.0%rGO-TiO2薄膜光催化降解甲基橙性能对比Fig.6 Comparison of photodegradation performance of 1.0%rGO-TiO2-Ag film to that of 1.0%rGO-TiO2 film2.4.3 rGO-TiO2-Ag薄膜光催化降解甲基橙1.0%rGO-TiO2-Ag薄膜(2.4.1中还原Ag+ 废水80 min后所得)用蒸馏水清洗并吹干后，直接用于进行甲基橙的光催化降解并和1.0%rGO-TiO2薄膜的性能进行对比，结果如图6所示.与1.0%rGO- TiO2薄膜相比，1.0%rGO-TiO2-Ag薄膜对甲基橙的吸附及光催化效果均有所增加.光照120 min时，二者对甲基橙的降解率分别为96%和92%.1.0%rGO-TiO2-Ag薄膜对甲基橙光催化性能的提升主要源于银颗粒可将TiO2导带上光生电子快速转移，从而促进TiO2光生电子-空穴对的分离，提高薄膜光催化活性[17].3 结论柠檬酸作为钛酸四丁酯的水解抑制剂和表面活性剂的同时可通过络合作用获得表面平整的、rGO均匀镶嵌其中的rGO-TiO2薄膜；引入rGO不改变TiO2的晶体结构，可以明显提高TiO2薄膜对于Ag+的光催化还原性能与甲基橙的光催化降解性能；相较于TiO2薄膜，1.0%rGO-TiO2薄膜对Ag+的光催化还原率提高了23.5%，对甲基橙的光催化降解率提高了21%；1.0%rGO-TiO2薄膜在还原Ag+后再进行光催化降解甲基橙，其对甲基橙的光催化降解效率从载银前的92%提高到了96%.致谢：本文得到省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室开放课题(SKLAB02015010)的资助，在此表示感谢.参考文献：【相关文献】[1] ALGARRA 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LLDPELDPE纳米TiO2复合薄膜的性能
2. 2 纳米 T iO 2 的分散性和对紫外线的吸收性能 纳米 T iO2 对 PE结晶有相当强的诱导成核作
用 , 这暗示了纳米 T iO2 在 PE 基体内的良好分散 性 。 由图 4可知 , 纳米 T iO2 粒子分散均匀 、尺寸均 一 , 平均粒径为 100 nm 以下 , 呈理想的分散水平 。
ZKS -25型双螺杆挤出机 ,德国 K ruppW erner＆ P fleiderer Gmbh公司生产 ;H 10K S - 0282型精确万能
试验机, 英国 H ounsfie ld Test Equipment公司生产; XPT - 7型偏光显微镜(PLM ),江南光学仪器厂生产; JSM 6700 F型扫描电子显微镜(SEM ), 日本 JEOL公 司产品 ;204型差示扫描量热仪 , 德国耐驰公司产品; Cary 500型紫外 -可见光吸收光谱仪, 美国 V arian公 司产品 ;单螺杆挤出吹膜系统, 山东莱芜实验仪器厂 生产;HAZE -GARD Puls型透光度测试仪, 德国 BYK G urder公司产品 。 1. 3 薄膜制备
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合 成 树 脂 及 塑 料 2004年第 21卷
放上载玻片 ;待电炉恒温时 , 取少许薄膜试样置于 载玻片上 ;物料充分熔融后 , 盖上载玻片 , 加压成 膜后 , 切断电源 , 试样在电炉上缓慢冷却至室温 。 所得试样在 PLM 下观测 、拍照 。
LDPE
LLD PE /LDPE LLDPE /LD PE
在复合薄膜中纳米 T iO 2 的均匀分散提高了 其对紫外线的吸收性能 , 由此而来的光催化反应 是薄膜具有抗菌功能的本质原因 。 从图 5看出 , 未加纳米 T iO2 之前 , 薄膜对紫外线的吸收能力很 弱 ;而添加纳米 T iO2 后 , 在 200 ～ 400 nm 可看到明