碳纳米管负载纳米二氧化钛光电性能研究

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纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究【摘要】本文主要探讨了纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能研究。

首先介绍了研究背景和意义,随后详细阐述了纳米二氧化钛的合成方法和表征技术。

接着分析了纳米二氧化钛在光催化和光电领域的性能研究,并展望了其未来的应用前景。

本文通过系统的研究,总结出纳米二氧化钛在光催化和光电性能上的优势,并对未来的研究提出了展望,有望为相关领域的研究提供新的思路和方法。

【关键词】纳米二氧化钛、可控制备、光催化、光电性能、合成方法、表征技术、应用前景、研究背景、研究意义、未来展望、结论1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛是一种在光催化和光电领域具有巨大应用潜力的材料。

随着环境污染和能源危机的日益加剧,人们对高效的清洁能源和环境治理技术的需求也与日俱增。

纳米二氧化钛具有优异的光催化性能和光电性能,因此成为了研究热点之一。

在过去的几十年里,研究人员对纳米二氧化钛的制备、表征以及其在光催化和光电领域的应用进行了广泛的研究。

通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和杂质等方面的特征,可以有效地调控其光催化和光电性能。

研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的科学意义和应用价值。

本文将综述纳米二氧化钛的合成方法、表征技术以及其在光催化和光电领域的研究进展,旨在深入理解纳米二氧化钛的性能和应用,为其在清洁能源和环境治理方面的应用提供理论基础和技术支持。

1.2 研究意义纳米二氧化钛是一种具有广泛应用前景的材料,具有优异的光催化和光电性能。

随着环境污染和能源稀缺问题日益突出,人们对纳米二氧化钛的研究越来越深入。

通过对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究,可以为环境修复、光催化水解和光电子器件等领域提供更多解决方案。

深入研究纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能具有重要的意义,不仅可以推动纳米二氧化钛在环境保护和能源领域的应用,还可以为相关领域的研究提供新的思路和方法。

负载型纳米TiO2薄膜电极的制备及光电性能研究

负载型纳米TiO2薄膜电极的制备及光电性能研究
+乙醇 的混 合溶 液 2 0 m L , 4 0 o C搅 拌 4~ 6 h , 静 止 后得 到 透 明的略 带 淡 黄 色 T i O 溶 胶 . 称取 Z n O纳 米棒 2 0 mg 加入 T i O 溶胶 中 , 搅 拌 均 匀后 , 陈化 1 2 h , 放入 干 燥箱 内 8 0℃ 烘 干后 , 放 入 箱 式 电阻 炉 中
明, 商用 P 2 5负载的纳米 T i O 为锐钛矿相且 结晶度 良好 , 薄膜 电极具 有较 高的光催化 活性 , D S S C短
路 电流 为 2 . 0 3 m A / c m , 开路 电压为 0 . 5 5 V, 光 电转换 效 率较 其他 两种 D S S C分 别 提 高 了 3 5 % 和
t h i n i f l m e l e c t r o d e ,t h e n s t r u c t u r e a n d mo r p h o l o g y o f t h i n i f l m w e r e c h r a r c e r i z e d b y X —r a y
收稿 日期 : 2 0 1 3— 0 4一l 7 .
s i t i z e d S o l a r C e l l s , 简称 D S S C ) . 经过不断 的探索和 努力 , 在2 0 0 4年 , M・ G r a t z e l 教授 等人使 D S S C 的光电转换效率提高到了 1 0 %~ 1 1 %. 自此之后,
1 9% .
关键词 : 染 料 敏 化 太 阳能 电池 ; 负 载 型 纳 米 二氧 化 钛 ; 光 电性 能
中图分类 号 : T B 3 8 3
文献标识码 : A
文章编号 : 1 6 7 2—0 9 4 6 ( 2 0 1 3 ) 0 5—0 5 4 4一 o 4

二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究的开题报告

二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究的开题报告

二氧化钛纳米管的制备及光催化性能研究的开题报告一、选题背景及意义随着环境污染的加剧和能源危机的出现,人们对环境保护和可再生能源的需求不断增加。

光催化技术作为一种非常具有前景的环境治理和能源开发技术,已经成为当前研究的热点之一。

二氧化钛纳米管作为一种重要的光催化材料,因其独特的结构和良好的催化性能,已经成为光催化技术应用中的重要组成部分。

该材料在水处理、空气净化、光电催化材料等方面有着广阔的应用前景。

因此,对二氧化钛纳米管的制备方法和光催化性能进行系统的研究,对于促进光催化技术的发展和应用具有重要意义。

二、研究内容和技术路线本研究拟针对二氧化钛纳米管的制备和光催化性能展开研究,具体内容如下:1. 二氧化钛纳米管的制备方法:研究不同工艺条件下的二氧化钛纳米管制备方法,包括溶胶-凝胶、水热法、电化学等方法,并比较它们的性能和优劣。

2. 二氧化钛纳米管的物理结构表征:采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线粉末衍射(XRD)等技术对制备的二氧化钛纳米管的形貌和晶体结构进行表征和分析。

3. 二氧化钛纳米管的光催化性能研究:采用紫外可见光谱仪(UV-Vis)和荧光光谱仪等测试手段对不同方法制备的二氧化钛纳米管的光吸收和光催化反应活性进行测试和分析。

4. 其他相关研究:对二氧化钛纳米管的表面修饰、光照时间等对其光催化性能的影响进行研究,并进行机理探究等相关研究工作。

三、研究预期结果通过研究不同工艺条件下制备的二氧化钛纳米管的晶体结构和形貌,以及对其光催化性能的测试,结合机理的探究,可以得出以下预期研究结果:1. 掌握二氧化钛纳米管的制备方法和实验条件,为下一步优化制备工艺和性能做好基础准备。

2. 分析二氧化钛纳米管晶体结构和形貌的变化规律,对掌握其制备工艺和使用效果具有重要意义。

3. 测试不同工艺制备的二氧化钛纳米管的光催化性能,比较它们的性能和优缺点。

4. 探究不同工艺条件下制备的二氧化钛纳米管的光催化机制,结合表面修饰等技术,为光催化技术的应用提供理论依据。

二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的合成、表征及光催化性能研究的开题报告

二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的合成、表征及光催化性能研究的开题报告

二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的合成、表征及光催化性能研究的开题报告一、选题背景环境污染已经成为全球性的难题之一,其中光催化技术作为一种绿色、环保、可持续的处理污染物的方法备受研究者的关注。

二氧化钛作为一种常用的光催化材料,其光催化性能已经得到了广泛的研究和应用。

但是,二氧化钛本身的光催化性能存在一定的局限性,例如催化剂的光利用率不高、稳定性不足等。

因此,将二氧化钛与其他材料复合以提高其光催化性能已成为当前的研究热点。

多壁碳纳米管是一种具有优异性能的碳材料,具有优良的导电性、导热性以及较大的比表面积等特性,因此被广泛应用于催化剂、电池、传感器等领域。

近年来,多壁碳纳米管与二氧化钛复合材料的研究也逐渐受到人们的关注。

与单一的二氧化钛相比,二氧化钛多壁碳纳米管复合材料具有更高的光催化性能,这是由于多壁碳纳米管的导电性和导热性能够提高催化材料的光吸收和电子传递效率。

二、研究目的本研究旨在合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料,并探究其在光催化领域的应用。

具体研究目的包括:1. 合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料并对其进行形貌结构表征;2. 对二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的晶体结构、导电性、光吸收性、稳定性等进行物理性质表征;3. 研究二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的光催化性能,包括对不同种类有机污染物的降解效果、有机污染物在不同光照条件下的降解效应等;4. 探究二氧化钛多壁碳纳米管复合材料的光催化机理,阐明其光催化性能提高的原因。

三、研究方法1. 合成二氧化钛多壁碳纳米管复合材料:采用水热法合成二氧化钛纳米颗粒,将其与多壁碳纳米管混合,采用超声波处理后制备二氧化钛多壁碳纳米管复合材料。

2. 形貌结构表征:采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对样品的形貌和结构进行观察。

3. 物理性质表征:采用X射线粉末衍射(XRD)、热重分析(TGA)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)等手段对样品的晶体结构、导电性、光吸收性、稳定性等性质进行表征。

碳纳米管基材料的光学性能研究

碳纳米管基材料的光学性能研究

碳纳米管基材料的光学性能研究碳纳米管是一种由碳原子通过特定方式排列而成的纳米材料,具有许多优异的性质,其中之一就是其独特的光学性能。

这些性能使得碳纳米管在科学研究和技术应用中具有重要的潜力。

首先,碳纳米管具有优异的光吸收能力。

由于其结构的特殊性,碳纳米管能够吸收可见光甚至近红外光谱范围的光线。

这使得它们在光学传感器和太阳能电池等领域的应用成为可能。

研究人员已经发现,碳纳米管可以有效地捕获太阳能并将其转化为电能,这对于可再生能源的发展具有重要意义。

其次,碳纳米管具有出色的光辐射特性。

当碳纳米管被激发时,会发射出特定波长的荧光。

这种荧光的波长可以通过调节碳纳米管的结构和尺寸来改变。

因此,碳纳米管可以用作荧光探针,用于生物医学领域的细胞成像和癌症诊断等应用。

研究人员还利用碳纳米管的光辐射特性开发了各种光学传感器和光学设备。

此外,碳纳米管还具有出色的光电效应。

研究人员发现,在光照下,碳纳米管可以呈现出电阻率的变化。

这使得碳纳米管可以应用于光控开关和光电器件等领域。

特别是在柔性电子学和光电子学领域,碳纳米管的光电效应被广泛研究和应用。

除了上述光学性能,碳纳米管还具有其他一些引人注目的性质。

例如,碳纳米管具有高度的导电性和热导性,这使得它们在电子器件和热传导材料方面具有广泛的应用潜力。

此外,碳纳米管还具有高度的机械强度和柔韧性,使其成为新型纳米复合材料和纳米纤维材料的理想基材。

需要指出的是,尽管碳纳米管具有许多出色的性能,但在实际应用中仍面临一些挑战。

首先,碳纳米管的制备和加工工艺仍然比较困难和昂贵。

其次,长碳纳米管的制备仍然是一个挑战,限制了其在一些领域的应用。

另外,碳纳米管在环境和生物体中的毒性和生物相容性问题也需要进一步研究。

综上所述,碳纳米管作为一种新型纳米材料,具有独特的光学性能,包括优异的光吸收能力、出色的光辐射特性和光电效应等。

这些性能使得碳纳米管在光学传感器、太阳能电池、荧光探针和光电器件等领域具有广泛应用潜力。

二氧化钛纳米管阵列的制备、表征、改性及其光催化性能的研究的开题报告

二氧化钛纳米管阵列的制备、表征、改性及其光催化性能的研究的开题报告

二氧化钛纳米管阵列的制备、表征、改性及其光催化性能的研究的开题报告一、选题背景及意义随着环境污染问题的日益严重,光催化技术成为了一种有效的治理手段。

而二氧化钛(TiO2)因其稳定、易获取、无毒等优点,被广泛用于光催化领域。

纳米管阵列是二氧化钛的一种重要形态,具有高比表面积、独特的通道结构等特点,有利于吸附和催化物质,因此在光催化领域有广泛的应用前景。

二、研究现状及存在问题目前,制备二氧化钛纳米管阵列主要有水热法、溶剂热法、阳极氧化法等多种方法。

其中,阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管阵列具有制备简单、纯度高等优点,但其管壁厚度不均匀、晶粒大小难控制等问题仍待解决。

此外,纳米管阵列的表面改性也是目前研究的重点。

研究人员通过改性,可以增加纳米管阵列的光吸收能力、提高光催化性能等,但对其改性后的结构和性能的研究还不全面。

三、研究内容和方法本研究旨在制备二氧化钛纳米管阵列,并通过表征手段对其结构、形貌进行分析。

同时,通过控制制备条件,尝试在纳米管表面修饰功能性分子,改变其表面性质。

最后,采用紫外可见吸收光谱和光催化降解亚甲基蓝的实验,分析其光催化活性和稳定性。

具体方法如下:制备二氧化钛纳米管阵列:采用阳极氧化法,以钛板为阳极,在电解液中施加电压和电流,制备二氧化钛纳米管阵列。

表征:采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X 射线粉末衍射仪等分析手段对二氧化钛纳米管阵列进行表征,分析其形貌、结构、晶体性质等。

表面修饰:将纳米管阵列表面进行化学修饰,探究其表面改性对其光催化性能的影响。

光催化实验:采用紫外可见吸收光谱和光催化降解亚甲基蓝的实验,分析纳米管阵列的光催化活性和稳定性。

四、预期研究成果本研究将制备出具有较高纯度的二氧化钛纳米管阵列,通过表征手段对其进行分析,探究其结构、形貌等特点。

通过表面修饰,增强其光催化性能,为其应用于环境治理方面提供了基础研究。

同时,通过对比不同条件下制备得到的二氧化钛纳米管阵列的催化性能,可探究其制备条件对光催化性能的影响。

TiO2-碳纳米管复合材料的制备和光催化性能

TiO2-碳纳米管复合材料的制备和光催化性能

TiO2-碳纳米管复合材料的制备和光催化性能郭富伟【摘要】以多壁碳纳米管(MWCNT)为载体,四氯化钛为前驱体,经常压水解获得了TiO2/MWCNT纳米复合材料,对纳米复合材料的晶相组成、形貌和微结构等进行了表征,测试了在酸性、中性、碱性3种体系下复合材料对甲醇的电催化氧化性能.结果表明:复合材料的晶相由锐钛矿、金红石和MWCNT组成,锐钛矿和金红石均匀地分布于MWCNT的外表面,且复合材料中锐钛矿和金红石的含量和分布与制备过程中钛与碳的质量比有关;TiO2与MWCNT复合后,复合材料对甲醇的电催化氧化性能显著提高,且其性能与TiO2在MWCNT外表面的含量和分布密切相关.方法:采用常压水解法制备了TiO2/MWCNT纳米复合材料,对纳米复合材料的晶相构成、外观等进行了表征,测试了在不同pH条件下复合材料对甲醇的电催化氧化性能.结果:TiO2-碳纳米管复合材料对甲醇的电催化氧化性能显著提高,且其性能与TiO2在MWCNT外表面的含量和分布密切相关.【期刊名称】《化工设计通讯》【年(卷),期】2019(045)008【总页数】2页(P61-62)【关键词】二氧化钛;碳纳米管;纳米复合材料;电催化性能【作者】郭富伟【作者单位】青岛农业大学机电工程学院,山东青岛 266000【正文语种】中文【中图分类】TQ127.11近年来,能源紧张和环境问题日益严重,开发可再生的清洁能源和储能装置是解决这类问题的重要方法之一[1] 。

在新能源开发和使用中电催化及其催化材料发挥着重要作用[2] 。

二氧化钛(TiO2)作为一种无毒无害的物质,具有活性高、热稳定性能好等特点,近年来,制备纳米结构化的二氧化钛材料因其在众多领域特别是作为高效催化剂和低成本染料敏化太阳能电池光阳极中广泛应用而深受研究人员的青睐[3] 。

然而TiO2带隙较宽,不易产生光生电子和空穴,严重影响了TiO2的电催化性能。

碳纳米管(CNT)具有一维中空管状结构,其独特的电学和力学性能,较大的比表面积,使其在催化领域具有重要的地位。

碳纳米管-二氧化钛纳米复合材料的制备、表征及其光催化性能

碳纳米管-二氧化钛纳米复合材料的制备、表征及其光催化性能

l o a d i n g a m o u n t c a r b o n n a n o t u b e s - t i t a n i u m d i o x i d e( C N T s — T i O 2 ) n a n 0 c 0 m p o s i t e w e r e p r e p a r e d u s i n g s o l - g e l s o l v o t h e r m l a m e t h o d .
二 氧化 钛 ( C N T s — T i O : ) 纳米 复合 材料 , 采用 扫描 电子显 微镜 ( S E M) 、 透射 电子 显微 镜 ( T E M) 、 x 一射 线 衍 射 ( X R D) 等 对 该复合 材料 形貌 和 晶型的结 构进 行表 征 ; 对 比C N T s — T i O 和市售 T i O : ( P 2 5 ) u V — v i s 图谱 , 结果显 示 P 2 5只 能 吸 收 单 一 的紫外光 , 而C N T s — T i O 则 在 紫 外 和 可 见 光 下 均 有 良好 的 光 吸 收 性 , 并且 随着 C N T s 含 量 的增 加 , C N T s — T i O 对 光 的吸收性 能越好 ; 采 用降解亚 甲基蓝 ( MB) 溶液研究 C N T s — T i O : 的光催化 活性 , 实验 结果表 明 C N T s — T i O 在 可 见 光
S c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y( S E M) , t r a n s m i s s i o n e l e c t r o n m i c r o s c o p y( T E M) , x — r a y d i f r a c t i o n( XR D ) w a s u s e d t o c h ra a c t e i r z e

纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能

纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能

纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能纳米结构二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能引言纳米材料具有特殊的物理、化学和光电性能,在能源转换、环境修复、光催化等领域具有广泛应用前景。

作为一种重要的半导体材料,二氧化钛(TiO2)因其稳定性、低毒性以及良好的光催化和光电性能而备受关注。

随着纳米技术的快速发展,人们能够制备出具有不同结构、形貌和尺寸的纳米二氧化钛材料。

本文将重点介绍纳米结构二氧化钛的可控制备方法,并探讨其光催化和光电性能。

一、纳米结构二氧化钛的可控制备方法纳米结构二氧化钛的可控制备方法种类繁多,本文将介绍几种常见的方法。

1. 溶胶凝胶法溶胶凝胶法是一种简单、经济且可大规模制备纳米二氧化钛的方法。

其基本步骤包括溶胶的制备、凝胶的形成和热处理。

通过调控溶胶成分、溶胶浓度、溶胶pH值和凝胶成核温度等参数,可以得到具有不同形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

2. 水热法水热法是一种在高温和高压条件下进行合成的方法,对于制备纳米结构二氧化钛具有较高的控制性。

通过调控反应温度、反应时间和反应物浓度等参数,可以得到具有不同晶相、形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

3. 气相沉积法气相沉积法是一种在惰性气氛中利用热分解或氧化反应制备纳米二氧化钛的方法。

通过调控反应温度、反应时间和沉积条件等参数,可以得到具有均匀形貌和尺寸的纳米二氧化钛。

二、纳米结构二氧化钛的光催化性能纳米结构二氧化钛的光催化性能是其在环境修复、水分解、有机污染物降解等领域应用的重要基础。

其良好的光催化性能主要归功于其特殊的能带结构和表面特性。

1. 能带结构纳米二氧化钛由于其小尺寸效应,其能带结构发生改变。

此时,纳米二氧化钛的带隙增大,能够吸收较小能量的可见光。

这使得纳米二氧化钛能够利用可见光进行光催化反应,提高光催化效率。

2. 表面特性纳米二氧化钛的表面具有较大的比表面积,有利于光吸收和反应物与表面的相互作用。

此外,纳米二氧化钛表面还可通过调控表面态密度、引入杂质和修饰等方式改变其光催化性能。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究引言二氧化钛是一种重要的半导体材料,具有良好的光催化和光电化学性能,在环境保护、能源转换、光学器件等领域有着广泛的应用。

纳米二氧化钛因其较大的比表面积和优异的光催化性能而备受关注。

在过去的研究中,人们通过不同的可控制备方法,如溶胶-凝胶法、水热法、溶剂热法等,制备了各种形貌和结构的纳米二氧化钛。

针对纳米二氧化钛的可控制备及其在光催化和光电领域的应用仍然存在许多问题亟待解决。

本研究旨在探讨纳米二氧化钛的可控制备方法,以及其光催化和光电性能,并且对纳米二氧化钛在环境保护和能源转换领域的应用进行深入研究。

一、纳米二氧化钛的可控制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是制备纳米二氧化钛最常用的方法之一。

该方法通过溶解钛酸酯类化合物,如钛酸四丙酯,在有机溶剂中形成溶胶,然后通过水解和凝胶化反应制备纳米二氧化钛。

通过控制水解和凝胶化条件,可以制备出不同形貌和结构的纳米二氧化钛。

溶胶-凝胶法制备的纳米二氧化钛具有较大的比表面积和较优异的光催化活性。

二、纳米二氧化钛的光催化性能1. 光催化降解有机污染物纳米二氧化钛具有良好的光催化性能,可以有效降解各种有机污染物,如苯酚、甲苯、苯胺等。

该性能主要来源于纳米二氧化钛表面的光生电子-空穴对,这些电子-空穴对具有较高的氧化还原能力,可以将有机污染物降解成无害的物质。

2. 光催化分解水纳米二氧化钛具有良好的光催化分解水性能,可以将水分解成氢气和氧气。

该性能可以用于制备清洁燃料氢气,具有重要的环境保护和能源转换意义。

3. 光催化CO2还原纳米二氧化钛还可以用于光催化CO2还原,将二氧化碳转化为有用的有机化合物。

这为解决温室效应和化石燃料资源短缺问题提供了新的途径。

2. 光催化产氧纳米二氧化钛还可以用于光催化产氧,可以利用光能将二氧化碳分解成氧气。

这有助于解决空气污染和气候变化等问题。

3. 光催化产电纳米二氧化钛还可以用于光催化产电,可以将光能转化为电能。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究1. 引言1.1 研究背景纳米二氧化钛(Nano-TiO2)作为一种重要的光催化材料,在环境保护、能源领域以及光电子学等方面具有广泛的应用前景。

随着人们对环境污染和能源危机的重视,纳米二氧化钛的研究变得越来越重要。

纳米二氧化钛具有高度的表面积和优良的光催化性能,具有分解有机污染物、净化水体、杀灭细菌等优良应用性能。

此外,纳米二氧化钛还具有优良的光电性能,可用于太阳能电池、光催化剂、传感器等领域。

然而,纳米二氧化钛的制备方法、光催化性能和光电性能仍然有待深入研究。

针对纳米二氧化钛在不同应用领域的需求,如何实现其可控制备,提高其性能,成为当前研究的重点之一。

因此,对纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究成为了研究者们关注的焦点。

1.2 研究目的本研究旨在探究纳米二氧化钛的可控制备方法及其在光催化和光电领域中的性能表现。

通过深入研究纳米二氧化钛的制备工艺和性能特点,我们希望能够揭示其在光催化和光电应用中的潜在优势和局限性。

通过对纳米二氧化钛可控制备技术的探讨,我们也旨在为提高纳米二氧化钛的光催化和光电性能提供理论支持和实验依据。

通过本研究,我们希望为纳米二氧化钛材料在环境净化、太阳能转化等领域的应用提供新的思路和方法,为其在实际工程中的推广和应用打下坚实的基础。

1.3 研究意义通过控制纳米二氧化钛的形貌、晶相和结构可以调控其光催化和光电性能,进而提高其在环境净化和能源转化中的效率。

对纳米二氧化钛的制备方法和条件进行优化可以降低生产成本,推动其实际应用。

深入研究纳米二氧化钛与其他材料的复合及界面相互作用也为开发新型光催化和光电器件提供了新思路和途径。

纳米二氧化钛的可控制备及其光催化和光电性能的研究不仅对推动纳米材料领域的发展具有重要意义,也为解决环境污染和能源危机等重大问题提供了新的思路和解决方案。

正在越来越受到科研人员和产业界的重视,有望在未来取得重要的突破和进展。

二氧化钛纳米管阵列的制备、改性、表征及光催化性能的研究的开题报告

二氧化钛纳米管阵列的制备、改性、表征及光催化性能的研究的开题报告

二氧化钛纳米管阵列的制备、改性、表征及光催化性能的研究的开题报告一、研究背景和意义随着环境污染越来越严重,光催化技术受到了越来越多的关注。

二氧化钛是一种优良的光催化材料,具有高的光吸收率、良好的化学稳定性和生物相容性等优点。

然而,传统的二氧化钛薄膜和颗粒光催化材料具有表面积小、反应速度慢、光吸收率低等缺点。

因此,研究制备高效的二氧化钛光催化材料是当前的研究热点之一。

近年来,二氧化钛纳米管阵列作为一种新型的光催化材料,在光催化领域的研究中引起了广泛的关注。

二氧化钛纳米管阵列具有高比表面积、优异的光吸收性能和易于控制的孔隙结构等优点。

同时,通过改性可以使其表面具有特殊的功能,例如增加吸附能力和光催化活性等。

因此,本研究通过制备和改性二氧化钛纳米管阵列,并对其进行表征和光催化性能测试,旨在探究二氧化钛纳米管阵列的光催化性能及影响因素,为其在环境污染治理中的应用提供参考。

二、研究内容(1)制备二氧化钛纳米管阵列:采用阳极氧化法制备二氧化钛纳米管阵列,探究制备条件对其形貌和光电性能的影响。

(2)改性二氧化钛纳米管阵列:通过不同的化学和物理方法对二氧化钛纳米管阵列进行改性,使其表面具有特殊功能。

(3)表征二氧化钛纳米管阵列:运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X 射线衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)等手段对制备的二氧化钛纳米管阵列及改性样品进行表征。

(4)光催化性能测试:采用亚甲基蓝降解实验对不同样品的光催化活性进行测试,并探究其影响因素。

三、研究意义本研究的意义在于:(1)探究制备条件对二氧化钛纳米管阵列形貌、结构和光电性能的影响,为其优化制备提供参考。

(2)通过不同的化学和物理方法改性二氧化钛纳米管阵列,使其表面具有特殊功能,提高光催化材料的应用性。

(3)对制备的二氧化钛纳米管阵列及改性样品进行表征,为深入了解其微观结构和性质提供依据。

(4)通过光催化活性测试,评估二氧化钛纳米管阵列的光催化性能,为其在环境污染治理中的应用提供参考。

碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能

碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能

㊀第38卷第3期㊀㊀㊀㊀㊀佳木斯大学学报(自然科学版)㊀㊀Vol.38No.3㊀2020㊀年05月㊀㊀㊀㊀JournalofJiamusiUniversity(NaturalScienceEdition)㊀May㊀2020文章编号:1008-1402(2020)03-0082-04碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能①孙银宇(黄山学院化学化工学院ꎬ安徽黄山245021)摘㊀要:㊀通过水热法在碳纤维表面负载TiO2纳米棒ꎬ再对其进行碱处理得到TiO2纳米管在碳纤维表面均匀分布ꎮ利用场发射扫描电子显微镜㊁透射电子显微镜㊁X射线光电子能谱和X射线衍射光谱对复合材料进行表征ꎬ并对其光催化性能进行测定ꎮ实验结果表明:制备得到的TiO2纳米管为锐钛矿型ꎬ其外径㊁内径和管壁厚度分别约为8.6ꎬ5.1和1.8nmꎬ碳纤维表面负载的TiO2纳米管层厚度为9.3μmꎮ该复合材料对亚甲基蓝具有较好的光催化效果和稳定性ꎮ关键词:㊀碳纤维ꎻTiO2ꎻ纳米管ꎻ光催化ꎻ亚甲基蓝中图分类号:㊀O614.41㊀㊀㊀㊀文献标识码:㊀A0㊀引㊀言二氧化钛(TiO2)纳米材料具有强氧化活性㊁物理化学稳定性和廉价易得等优点[1]ꎬ因此在光催化降解㊁染料敏化太阳能电池和自清洁材料中得到了广泛的应用[2-4]ꎮ在实际应用过程中ꎬ一维TiO2纳米材料不仅具有和TiO2纳米颗粒相同的物理化学性质ꎬ而且还有许多独特性质ꎬ如优良的电荷传输性能㊁较好的机械性能和特殊的几何结构等[5]ꎮ然而ꎬ粉末状TiO2光催化剂存在易团聚㊁难分离和回收等难题ꎬ在一定程度上限制了其广泛应用ꎮ目前最有效的方法是将TiO2纳米材料负载于载体上[6]ꎬ从而有效地改善其分离回收的问题ꎮ采用两步法在碳纤维(CFs)表面负载TiO2纳米管(TiO2-NTs)ꎬ首先通过水热法在CFs表面进行预负载TiO2纳米棒(TiO2-NRs)ꎬ随后对其进行碱处理ꎬ得到碳纤维负载TiO2纳米管(CFs@TiO2-NTs)ꎮ所制得的复合材料具有较好的光催化性能和稳定性ꎬ在污水处理及环境防治等方面具有很好的应用前景ꎮ1㊀实验部分1.1㊀试剂及材料实验所使用的试剂主要有:盐酸㊁无水乙醇和氢氧化钠等ꎬ所有有机溶剂均为分析纯ꎮ实验所需的CFs为沥青基CFsꎬ钛箔为市售商品ꎮ1.2㊀碳纤维负载TiO2纳米管将一定量的CFs和0.5g钛箔置于100ml聚四氟乙烯反应釜中ꎬ加入80ml盐酸(4%)溶液ꎬ反应温度为190ħꎬ反应时间为24hꎮ得到的碳纤维负载TiO2纳米棒(CFs@TiO2-NRs)分别经过无水乙醇和去离子水清洗ꎬ随后在80ħ下干燥2hꎮ将一定量的CFs@TiO2-NRs和18mlNaOH(10mol/L)置于25ml的聚四氟乙烯反应釜中ꎬ反应温度为180ħꎬ反应时间为24hꎮ所得到的产物浸入100mLHCl(1%)中24hꎬ用去离子水清洗至pH值约为7ꎮ随后置于80ħ真空干燥箱干燥2hꎮ最后将样品置于高温管式炉中500ħ煅烧1hꎬ得到的CFs@TiO2-NTs放于干燥器中备用ꎮ1.3㊀分析仪器德国卡尔蔡司公司Gemini500型场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)ꎻ美国FEI公司带的TecnaiG2F20型透射电子显微镜(TEM)ꎻ德国布鲁克公司的D8ADVANCEX射线衍射仪(XRD)ꎻ赛默菲士尔ESCALAB250Xi型X射线光电子能谱仪(XPS)ꎻ日本岛津公司的UV-2600型紫外-可见分光光度计ꎮ①收稿日期:2020-03-04基金项目:安徽省高校自然科学研究一般项目(KJHS2019B07)ꎻ黄山学院校级人才启动项目(2018xkjq005)ꎻ大学生创新训练计划项目(201810375029)ꎮ作者简介:孙银宇(1988-)ꎬ男ꎬ安徽马鞍山人ꎬ博士ꎬ讲师ꎬ研究方向:功能材料及其应用ꎮ第3期孙银宇:碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能1.4㊀光催化性能测定CFs@TiO2-NTs的催化活性评价通过降解亚甲基蓝溶液ꎬ为了达到光催化剂和亚甲基蓝溶液的吸附-脱附平衡ꎬ将50mg光催化剂置于100mL亚甲基蓝溶液(20mg/L)中ꎬ将悬浮液在黑暗中搅拌2hꎮ随后将悬浮液置于紫外光照射下开始进行光催化降解3hꎮ间隔规定时间后取一定量样品ꎬ离心后使用紫外-可见分光光度计进行测试ꎮ图1㊀(a)CFs㊁(b)CFs@TiO2-NRs和㊀㊀(c)CFs@TiO2-NTs的SEM图2㊀结果与讨论图1(a)和(b)分别为CFs和CFs@TiO2-NRs的SEM图ꎮ由图可知ꎬ通过CFs负载TiO2纳米棒的直径约为13.3μmꎬ由于CFs的直径约为7.6μmꎬ这说明了TiO2-NRs层的厚度约为2.9μmꎮ由图可看出ꎬTiO2-NRs在CFs表面分布均匀且致密ꎮ图1(c)为CFs@TiO2-NTs的SEM图ꎮ通过碱处理之后ꎬCFs@TiO2-NTs的直径约为26.1μmꎬ这说明了TiO2-NTs层厚度约为9.3μmꎮ因为TiO2-NRs层厚度约为2.9μmꎬ由此可见ꎬ碱处理得到的TiO2-NTs厚度显著增加ꎮ其原因可能是由于TiO2-NRs经过晶体分解㊁结构单元重组和二维钛酸盐纳米片卷曲后形成钛酸盐NTsꎬTiO2-NRs经历了类似于 膨胀 变化后ꎬ得到的TiO2-NTs厚度明显增加ꎮ图2㊀CFs@TiO2-NTs的TEM图图2为CFs@TiO2-NTs的TEM图ꎮ由图2(a)可看出ꎬTiO2-NTs在CFs表面分布较为均匀ꎮ由图2(b)可知ꎬTiO2-NTs的外径约为8.6nmꎬ其内径约为5.1nmꎬ管壁厚度为1.8nmꎮ图3为CFs@TiO2-NTs的XPS谱图及其拟合峰ꎮ对CFs@TiO2-NTs中的Ti2p进行分峰拟合ꎬ从而对其进行定性分析ꎮ由图3可知ꎬCFs@TiO2-NTs的主要元素为CꎬO和Tiꎮ其中的Ti2p窄谱可分为459.5和465.2eVꎬ分别对应的是Ti2p3/2和Ti2p1/2ꎬ其摩尔含量分别为66.7%和34.8%ꎬ该结果说明了钛元素是以+4价存在的ꎮ38佳木斯大学学报(自然科学版)2020年图4为煅烧前和煅烧后的CFs@TiO2-NTs的XRD图ꎮ煅烧前的NTs在2θ=10.1ʎꎬ24.6ʎꎬ28.6ʎ和43.2ʎ处有4个明显的衍射峰ꎬ分别对应的是H0.7Ti1.825Ѳ0.175O4 H2O(Ѳ:空位)的(020)ꎬ(110)ꎬ(130)和(200)晶面ꎮ该结果说明水热法制备得到的NTs是钛酸盐NTsꎮ在500ħ下煅烧1hꎬ可实现钛酸盐NTs向锐钛矿型TiO2-NTs的转化ꎮ如图4所示ꎬ煅烧后的锐钛矿型TiO2-NTs在2θ=26.0ʎꎬ38.3ʎꎬ44.1ʎꎬ48.6ʎꎬ54.8ʎ和62.9ʎ处有6个明显的衍射峰ꎬ分别对应的是(101)㊁(004)㊁(210)㊁(200)㊁(211)和(118)晶面ꎬ且峰强度较强ꎬ说明制备的CFs@TiO2-NTs具有较好的结晶度ꎮ图3㊀CFs@TiO2-NTs的XPS谱图及其拟合峰如图5所示ꎬ在吸附-脱附平衡阶段ꎬCFsꎬCFs@TiO2-NRs和CFs@TiO2-NTs处理2h后的亚甲基蓝浓度分别为19.6ꎬ17.9和15.3mg/Lꎬ这说明CFs@TiO2-NTs的吸附能力有明显提高ꎬ其原因是TiO2-NTs的管状结构增加了吸附亚甲基蓝分子的能力ꎮ在紫外光照射下3h后ꎬ以CFs@TiO2-NTs作为光催化剂ꎬ亚甲基蓝溶液的转化率为99.8%ꎬ其原因可能是由于TiO2-NTs所具有的纳米管状结构ꎬ在吸附-脱附平衡阶段通过将亚甲基蓝分子吸附在TiO2-NTs表面上或内部ꎬ较大的TiO2有效接触面积为亚甲基蓝分子降解提供更多的TiO2活性反应点ꎬ在紫外光照射下ꎬ亚甲基蓝分子迅速被TiO2所光催化降解ꎮ图4㊀CFs@TiO2-NTs的XRD谱图图5㊀CFs@TiO2-NTs的光催化降解亚甲基蓝图6㊀CFs@TiO2-NTs的光催化降解亚甲基蓝稳定性测试为了考察CFs@TiO2-NTs光催化剂在实际使用过程中的稳定性ꎬ对其进行4次光催化循环实验ꎬ每次循环实验后ꎬ光催化剂需经过去离子水清48第3期孙银宇:碳纤维负载TiO2纳米管的制备及其光催化性能洗ꎬ并置于真空干燥箱80ħ干燥2hꎮ如图6所示ꎬ4次循环实验的亚甲基蓝溶液转化率分别99.8%㊁96.9%㊁92.9%和90.5%ꎮ由此可看出ꎬCFs@TiO2-NTs在4次光催化循环实验后依然具有较高的光催化降解效率ꎬ并没有明显的光催化活性的降低ꎬ说明该复合光催化剂可重复使用ꎮ3㊀结㊀语利用两步法在非金属基底表面负载TiO2-NTsꎮCFs@TiO2-NTs的直径和TiO2-NTs厚度分别约为26.1和9.3μmꎬTiO2-NTs的外径㊁内径和管壁厚度分别约为8.6ꎬ5.1和1.8nmꎮ由于TiO2-NTs具有独特的管状结构ꎬ因此CFs@TiO2-NTs表现出很好的光催化降解能力ꎮ该复合材料在污水处理及环境治理等方面具有很好的应用潜力ꎮ参考文献:[1]㊀LiWꎬWuZXꎬWangJXꎬetal.APerspectiveonMesoporousTiO2Materials[J].ChemMaterꎬ2014ꎬ26:287-298. [2]㊀王臣ꎬ费乾锋ꎬ杨本宏.粉煤灰负载TiO2光催化剂制备及降解亚甲基蓝研究[J].佳木斯大学学报(自然科学版)ꎬ2019ꎬ37(1):94–97.[3]㊀DinaFRꎬAdrianaZꎬThomasB.Three-dimensionaltitaniumdioxidenanomaterials[J].ChemRevꎬ2014ꎬ114:9487–9558.[4]㊀BaiJꎬZhouBX.Titaniumdioxidenanomaterialsforsensorap ̄plications[J].ChemRevꎬ2014ꎬ114:10131–10176. [5]㊀XDWangꎬJHSongꎬZLWangꎬNanowireandnanobeltarraysofzincoxidefromsynthesistopropertiesandtonoveldevices[J].J.Mater.Chem.17(2007)711–720. [6]㊀J.MatosꎬE.G.LópezꎬL.PalmisanoꎬA.GarcíaꎬG.MarcìꎬInfluenceofactivatedcarboninTiO2andZnOmediatedphoto-assisteddegradationof2-propanolingas-solidregime[J].Appl.Catal.B-Environ.99(2010)170–180.PreparationandPhotocatalyticPropertiesofTiO2NanotubesonCarbonFibersSUNYin-yu(SchoolofChemistryandChemicalEngineeringꎬHuangshanUniversityꎬHuangshanAnhui245021ꎬChina)Abstract:㊀TiO2nanotubesoncarbonfiberswerepreparedbyahydrothermalsynthesismethodbasedonalkalitreatmentofTiO2nanorodsoncarbonfibers.ThecompositewascharacterizedwithfieldemissionscanningelectronmicroscopeꎬtransmissionelectronmicroscopeꎬX-rayphotoelectronspectrometerandX-raydiffrac ̄tometerꎬanditsphotocatalyticpropertiesweredeterminedbydegradingmethyleneblue.TheresultsshowthatthepreparedTiO2nanotubesareanatasetypeꎬandtheouterdiameterꎬinnerdiameterandwallthicknessofTiO2nanotubesareabout8.6ꎬ5.1and1.8nmꎬrespectively.ThethicknessofTiO2nanotubeslayersupportedoncar ̄bonfiberis9.3μm.Thecompositehasgoodphotocatalyticactivityandphotostabilitytodegrademethyleneblue.Keywords:㊀carbonfiberꎻTiO2ꎻnanotubesꎻphotocatalyticꎻmethyleneblue58。

纳米结构二氧化钛在光伏器件中的应用及其制备方法探讨

纳米结构二氧化钛在光伏器件中的应用及其制备方法探讨

纳米结构二氧化钛在光伏器件中的应用及其制备方法探讨纳米结构二氧化钛在光伏器件中的应用及其制备方法探讨一、引言随着全球能源危机的加剧和环境意识的增强,可再生能源的开发和利用已经成为全球能源领域的热门领域。

光伏技术作为一种利用太阳能将光能直接转化为电能的技术,具有环保、可持续发展等优势,因此受到了广泛的关注。

二、纳米结构二氧化钛的特性纳米结构二氧化钛是一种具有特殊结构和特性的材料,其具有以下几个方面的优势:1. 大比表面积:纳米结构二氧化钛具有极大的比表面积,可以提高光伏材料对太阳光的吸收能力,增加光生电子-空穴对的产生率。

2. 能带结构调控:纳米结构二氧化钛的能带结构可以通过调节材料的形貌、尺寸和组分等来实现,在一定程度上可以优化电子和空穴的输运性质和分离效率。

3. 光催化性能:纳米结构二氧化钛具有优良的光催化性能,可利用太阳光将光能转化为化学能,实现水分解和有机废水降解等反应。

三、纳米结构二氧化钛在光伏器件中的应用1. 染料敏化太阳能电池(DSSC):染料敏化太阳能电池是一种基于纳米结构二氧化钛的新型光伏器件,其基本原理是利用染料吸收光能产生电子-空穴对,然后通过纳米结构二氧化钛的电子输运性质将电子输送到电极,最终实现光能转化为电能。

纳米结构二氧化钛作为染料吸附材料,可以提供大的比表面积,增加染料的吸附量和电荷的分离效率,从而提高光电转化效率。

2. 纳米结构二氧化钛薄膜太阳能电池:纳米结构二氧化钛薄膜太阳能电池是一种以纳米结构二氧化钛薄膜为主要材料的光伏器件,其工作原理是利用光在纳米结构二氧化钛薄膜中的吸收和光生电子-空穴对的分离来实现光能转化为电能。

纳米结构二氧化钛薄膜可以通过溶液法、气相沉积法等制备方法得到,其制备过程简单,成本较低。

3. 纳米结构二氧化钛太阳能电池:纳米结构二氧化钛太阳能电池是一种通过纳米结构二氧化钛薄膜的光吸收和电子-空穴对的分离来实现光能转化的光伏器件。

与传统的硅基太阳能电池相比,纳米结构二氧化钛太阳能电池在光伏转换效率、稳定性和可扩展性等方面具有更好的性能。

碳纳米管负载纳米二氧化钛光电性能研究

碳纳米管负载纳米二氧化钛光电性能研究
11引言12光催化原理及tio121半导体光催化原理122tio13二氧化钛的结构性能14影响二氧化钛光催化的因素141晶型的影响142晶粒尺寸的影响143比表面积的影响144表面态的影响145晶体缺陷的影响15tio151限制纳米tio152tio153二氧化钛复合材料改性研究1116tio12161tio12162cntstio1317课题背景与研究内容14171研究背景14172研究内容17武汉工程大学硕士学位论文vi21引言1722实验试剂和仪器设备17221实验试剂17222实验仪器及设备1823cntstio18231碳纳米管的制备18232复合材料制备19233复合材料非金属掺杂改性2224材料表征方法22241傅里叶红外光谱分析22242x射线衍射仪分析22243扫描电子显微镜分析22244透射电子显微镜分析23245紫外可见分光光度计2325样品的光催化性能2426样品的光电流性能测试cnts负载tio2731引言2732实验部分27321样品的制备27322样品的表征及光催化活性测试2833结果与讨论29331复合催化剂ftir表征29332复合催化剂sem和tem表观形貌分析30333复合催化剂xrd分析32334可见紫外漫反射分析3434光催化性能测试3535本章小结vii41引言3942氮掺杂复合催化剂表征39421氮掺杂复合催化剂xrd图分析39422氮掺杂复合催化剂xps表征分析41423可见紫外漫反射分析4543光催化性能测试4744本章小结4951引言4952碳掺杂复合催化剂表征49521碳掺杂复合催化剂xrd分析
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复合二氧化钛纳米管的制备及光电催化性能研究的开题报告

复合二氧化钛纳米管的制备及光电催化性能研究的开题报告

复合二氧化钛纳米管的制备及光电催化性能研究的
开题报告
一、研究背景与意义
二氧化钛晶体结构完整,光催化性能优异,被广泛应用于水处理、空气净化、污染物降解等领域。

然而,由于其带隙宽度为3.2eV,只能吸收紫外光,利用率较低,限制了其应用范围和效率。

因此,将二氧化钛制备为纳米尺度时,其光催化性能有所提升,但提升幅度较小。

在此背景下,有研究人员利用复合材料的优点,将二氧化钛与其他半导体材料复合制备成纳米管,以期提升其光催化性能。

二、研究内容
本研究将选择二氧化钛作为主要研究对象,采用水热法制备出复合二氧化钛纳米管材料,然后通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等手段对复合材料的结构和形态进行表征,分析其组成成分、结构和形态等特征。

同时,对复合材料的光电催化性能进行测试,主要测试项目包括光催化降解有机染料、光吸收谱和热重分析等。

通过相关的测试,分析复合材料的光电催化性能的提高程度及其影响因素。

三、研究意义
本研究将探究复合二氧化钛纳米管的制备工艺及其光电催化性能,为二氧化钛及其复合材料的合成和应用提供了新的思路和方法,有望为解决水处理、空气净化、污染物降解等领域中的环境问题提供一定的理论和实验基础。

表面修饰碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂制备及催化活性研究

表面修饰碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂制备及催化活性研究

表面修饰碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂制备及催化活性研究表面修饰碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂制备及催化活性研究摘要:采用溶胶-凝胶法在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰的碳纳米管表面均匀沉积纳米级二氧化钛粒子制得复合光催化剂.采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱仪(UV-Vis)和X 射线光电子能谱仪( XPS)等手段对复合光催化剂进行表征.结果表明,二氧化钛粒子是呈球形、团聚,随机沉积在未修饰碳纳米管任意表面,甚至部分碳纳米管表面是完全裸露的'.经PVP修饰后的碳纳米管,二氧化钛纳米粒子均匀沉积在碳纳米管表面,二氧化钛为纯锐钛矿晶体结构,没有金红石和板钛矿相.表面修饰碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂在紫外光照射下降解亚甲基蓝,相比纯的二氧化钛和碳纳米管、二氧化钛复合光催化剂,具有非常高的催化活性. 作者:王环颖[1]李文军[2]常志东[2]周花蕾[2]郭会超[1] Author:WANG Huan-ying[1] LI Wen-jun[2] CHANG Zhi-dong[2] ZHOU Hua-lei[2] GUO Hui-chao[1] 作者单位:北京科技大学冶金与生态工程学院,北京100083;北京科技大学应用科学学院化学系,北京100083北京科技大学应用科学学院化学系,北京,100083 期刊:光谱学与光谱分析ISTICEISCIPKU Journal:Spectroscopy and Spectral Analysis 年,卷(期):2011, 31(9) 分类号: O614.1 关键词:碳纳米管二氧化钛聚乙烯吡咯烷酮表面修饰复合光催化剂机标分类号: O64 TQ0 机标关键词:表面修饰碳纳米管二氧化钛粒子复合光催化剂光催化剂制备催化活性研究均匀沉积二氧化钛纳米粒子透射电子显微镜可见吸收光谱仪聚乙烯吡咯烷酮光电子能谱仪紫外光照射射线衍射仪亚甲基蓝晶体结构锐钛矿凝胶法纳米级金红石基金项目:国家重大基础研究发展规划(973计划)项目,国家自然科学基金。

碳基光电材料的应用研究

碳基光电材料的应用研究

碳基光电材料的应用研究随着科技的发展,人类对于光电材料的需求越来越高。

在这种情况下,碳基光电材料逐渐受到了广泛的关注和研究。

碳基光电材料具有良好的光电性能,可以用在太阳能电池、有机发光二极管、电致变色材料、电子注入层、透明导电膜等领域中,因此具有非常重要的应用前景。

近年来,随着科学家们对碳基光电材料的研究不断深入,越来越多的新材料被开发出来。

其中,碳纳米管、石墨烯和全碳量子点等碳基材料具有良好的光电性能,因此成为了目前较为热门的研究领域之一。

一、碳纳米管碳纳米管是一种空心的碳结构,具有很高的机械强度、导电性和热传导性。

此外,碳纳米管还具有良好的透明性和柔韧性等优秀性质。

这些优秀的特性使得碳纳米管成为了研究领域的热点之一。

特别是在太阳能电池等领域中,碳纳米管能够大幅度提高材料的光电转换效率。

目前,碳纳米管的最大问题是如何确保其制造的成本更低。

虽然碳纳米管拥有很好的性能,然而其制造成本仍然偏高,因此作为一种新型光电材料,进一步的研究和改进仍然需要不断地进行。

二、石墨烯石墨烯是一种由碳原子组成的二维晶体材料。

石墨烯具有很高的电导率和热传导率,还具有很高的机械强度和环保性能。

这些优良的性质使得石墨烯在光电材料领域中具有广泛的应用前景。

例如,在柔性电子器件、太阳能电池、有机发光二极管等领域中,石墨烯都有着重要的应用价值。

尽管石墨烯非常有前途,但由于其制备成本和应用难度较高,石墨烯的应用还有待进一步发展和研究。

三、全碳量子点全碳量子点是一种纳米材料,由大量的碳原子组成。

全碳量子点具有很好的光电特性,例如高的光吸收率、较小的禁带宽度和较大的带边缘位移,这些优秀的性质使得全碳量子点在太阳能电池、LED显示技术、光催化和人体光疗等领域中具有广泛的应用前景。

目前,全碳量子点的稳定性和量子效率等问题仍然存在,需要进行深入的研究和开发。

总结碳基光电材料是一种具有非常广泛应用前景的新型材料。

其中,碳纳米管、石墨烯和全碳量子点等材料具有很好的光电性能,以及在太阳能电池、LED显示技术、光催化等领域中有重要的应用价值。

二氧化钛碳纳米管复合光催化剂的制备及其性能表征的开题报告

二氧化钛碳纳米管复合光催化剂的制备及其性能表征的开题报告

二氧化钛碳纳米管复合光催化剂的制备及其性能表征的开题报告1. 研究背景和意义纳米材料在环境领域的研究和应用逐渐受到关注。

其中,纳米光催化材料因其有效降解有机污染物和二氧化碳还原为有机化合物的能力,被广泛应用于环境净化和能源转换中。

二氧化钛(TiO2)是一种常见的光催化材料,具有稳定性、低成本、生物兼容性等优点。

然而,TiO2在可见光区域的光吸收率较低,导致其在实际应用中效率不高。

因此,需要通过改变TiO2的结构和组成来提高其光催化性能。

碳纳米管(CNTs)是一种具有良好光学、电学和机械性能的纳米材料。

CNTs与TiO2复合后能够改善其光吸收性能,提高其抗光腐蚀、机械强度和催化活性等性能。

因此,本研究计划制备TiO2/CNTs复合光催化剂,并对其进行性能表征。

通过研究其光催化降解有机污染物和二氧化碳光还原性能,探究其在环境净化和能源转换中的应用前景。

2. 研究内容和方法本研究将采用水热法制备TiO2/CNTs复合光催化剂。

具体方法为将CNTs和TiO2前驱体混合后置于高压水热反应釜中,并在一定温度和时间下进行水热反应,得到TiO2/CNTs复合材料。

同时,将制备的TiO2/CNTs复合材料进行表征,包括结构、形貌、光学性能等方面。

接下来,将测试制备的TiO2/CNTs复合光催化剂的光催化性能。

主要包括两个方面:一是对其光催化降解有机污染物的性能进行测试,包括反应速率、降解效率、稳定性等方面;二是对其二氧化碳光还原性能进行测试,探究其转化效率和产物分布等方面。

3. 研究的预期结果和意义本研究预期通过制备TiO2/CNTs复合光催化剂,并对其进行性能表征,得到以下预期结果:(1)成功制备TiO2/CNTs复合光催化剂,并获得其物化性质和光催化性能;(2)发现制备的TiO2/CNTs复合光催化剂具有较高的光催化活性,能够有效地降解有机污染物和将二氧化碳光还原为有机化合物;(3)探究TiO2/CNTs复合光催化剂的结构和组成对其光催化性能的影响;(4)为开发高效、低成本、环境友好的光催化材料提供一定的理论和实际指导,具有一定的应用前景和意义。

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分类号 UDC
O64
学校编号 10490 密 级 公开
武汉工程大学
硕士学位论文
碳纳米管负载纳米二氧化钛光电 性能研究
学科专业: 研究方向: 研 究 生: 指导教师: 材料学 等离子体技术与薄膜 王明洋 王升高 教授
二 ○ 一二 年 四 月
独 创 性 声 明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式标明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 王明洋 2012 年 5 月 30 日
Major Candidate
: :
Materials Wang Mingyang Prof. Wang Shenggao
Supervisor :
Wuhan Institute of Technology Wuhan, Hubei 430074, P. R. China April, 2012
摘 要
学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解我校有关保留、 使用学位论文的规定, 即:我校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版,允许论文被查阅。本人授权武汉工程大学研究生处可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保 本论文属于 不保密 Ο。√ (请在以上方框内打“√”) 学位论文作者签名: 王明洋 2012 年 5 月 30 日 指导教师签名: 王升高 2012 年 5 月 30 日 密Ο , 在 年解密后适用本授权书。
III
武汉工程大学硕士学位论文
annealing, the composites with C doping have better catalytic performance in the visible light than N doping. Through the preparation CNTs/TiO2/conductive plastic compsites electrode, the photoelectric performance of different samples were studied. It could be found that photocurrent of the TiO2 was improved by the tests of IV under the existence of CNTs, which was consistent with the result of the photocatalytic efficiency. Keyword: TiO2/CNTs composites,Photoelectrochemical,Photocatalytic
A Thesis Submitted in Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering
Photoelectricity Properties in TiO2/Carbon Nanotube Composites
IV
目 录
目 录
摘 要 ...................................................... I
Abstract .................................................. III 目 录 ....................................................... V 第 1 章 综述 ................................................. 1 1.1 引言 ................................................. 1 1.2 光催化原理及 TiO2 的光催化特性 ......................... 1 1.2.1 半导体光催化原理 ................................. 1 1.2.2 TiO2 的光催化特性 ................................. 2 1.3 二氧化钛的结构性能 ................................... 4 1.4 影响二氧化钛光催化的因素 ............................. 5 1.4.1 晶型的影响 ...................................... 5 1.4.2 晶粒尺寸的影响 .................................. 6 1.4.3 比表面积的影响 .................................. 6 1.4.4 表面态的影响 .................................... 6 1.4.5 晶体缺陷的影响 .................................. 7 1.5 TiO2 的改性研究 ........................................ 8 1.5.1 限制纳米 TiO2 光催化性能因素 ...................... 8 1.5.2 TiO2 的掺杂改性研究 ............................... 8 1.5.3 二氧化钛复合材料改性研究........................ 11 1.6 TiO2 的制备及其复合材料制备简介 ....................... 12 1.6.1 TiO2 的制备 ...................................... 12 1.6.2 CNTs/TiO2 复合材料的制备 ......................... 13 1.7 课题背景与研究内容 .................................. 14 1.7.1 研究背景 ....................................... 14 1.7.2 研究内容 ....................................... 15 第 2 章 实验材料及实验方法 ......................程大学硕士学位论文
II
Abstract
Abstract
Due to its large band gap energy,TiO2 only can absorb UV light, which is less than 5% in solar spectrum. Therefore, the study on the TiO2 photocatalyst with visible light-responsive property is the most challenging subject in the field of photocatalysis. In this paper, CNTs/TiO2 composites were generated. Our preliminary investigation also used dopping C, N to enhance the photocatalytic activity of TiO2 with plasma doping system. CNTs in the composites were to improve the photocatalytic performance by enhancing the electron mobility. Through the N, C doping modification of titanium dioxide increase light ring scope, improving electronic transition probability. The CNTs were prepared through the chemical vapor deposition method. The CNTs were treated with oxygen plasma and soaked in H2SO4 for acidification. After acidification the CNTs were treated with oxygen plasma again and exposed to air to absorb moisture. The TiO2-CNTs namocomposites were successfully fabricated by TiCl4 hydrolyse on the surface of CNTs. The TiO2/CNTs nanocomposites were annealing with different temperature using the tube furnace, which was purged with Ar. Then, dopping C, N enhances the photocatalytic activity of TiO2 with microwave plasma doping system for different treatment conditions. The result of CNTs with plasma modified were characterized by FT-IR spectroscopy.TiO2/CNTs nanocomposites’ nanostructures and microstructures were characterized by SEM、 TME、 X-ray、 XPS and UV-Dis. Our preliminary investigation also indicates that dopping C, N enhances the photocatalytic activity of TiO2 with plasma doping system and the prepared TiO2/CNTs are sufficiently active and robust for photocatalytic degradation of organic compounds. The sample with appropriatie CNTs content had better photocatalytic performance than the TiO2.With the same temperature of
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