TiO_2纳米管与纳米线的光电化学研究
CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能研究的开题报告
CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列的制备及其光电性能研究的开题报告一、课题背景以太阳能光电转换为代表的可再生能源被认为是未来能源领域的关键技术之一。
作为太阳能电池中的主要材料之一，二氧化钛（TiO2）因其结构简单、四面体对称、化学稳定、生物相容性好等特性而备受关注。
传统上，TiO2薄膜电极常用于染料敏化太阳能电池中。
然而，TiO2纳米管阵列电极相对于TiO2薄膜电极拥有更高的比表面积、更好的电子传输性能和更优异的光学性能。
因此，TiO2纳米管阵列电极是目前研究的热点之一，同时制备与表征TiO2纳米管阵列电极的方法也受到广泛研究。
CdS量子点是一种新兴的碲族半导体纳米材料。
由于其量子尺寸效应和带边调节作用，CdS量子点具有可调谐的光学特性、较高的激子效率和较长的激子寿命。
CdS量子点敏化的TiO2纳米管阵列电极能够使用可见光较好的吸收率，提高太阳能电池的转换效率。
因此，研究CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列电极的制备方法和光电性质具有重要的意义。
二、研究目的本课题旨在研究CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列电极的制备工艺，探索其光电性能，并进一步优化太阳能电池性能。
三、研究内容和方法本课题的主要研究内容包括以下几个方面：1. 制备CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列电极的方法：采用阳极氧化法在Ti板上制备TiO2纳米管阵列电极，并通过浸渍法或物理还原法在电极表面负载CdS量子点。
2. 表征CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列电极的性质：采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、紫外可见漫反射光谱（UV-vis DRS）、X射线衍射（XRD）等方法对制备的CdS量子点敏化TiO2纳米管阵列电极进行表征。
3. 测定CdS量子点敏化的TiO2纳米管阵列电极在光电转换中的性能：采用电化学工作站进行电化学性能测试，包括光电流-电压曲线（I-V 曲线）、电化学阻抗谱（EIS）和循环伏安（CV）曲线测量等。
TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能研究
TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能研究近年来，TiO2纳米管阵列因其高催化性能和广泛的应用领域备受关注。
TiO2纳米管阵列作为一种新型、高效的催化材料，在环境净化、光电催化等领域有着广泛的应用前景。
本文将详细介绍TiO2纳米管阵列的制备方法及其光催化性能研究进展。
一、TiO2纳米管阵列的制备方法TiO2纳米管阵列可以通过多种方法制备，例如电化学阵列氧化法、离子注入法、水热法等。
其中电化学阵列氧化法是最为常用的制备方法之一。
电化学阵列氧化法可以通过三电极系统来制备，即工作电极、对电极、参比电极。
通常情况下，纳米管的直径、长度和间距可以通过改变电解液成分、电解电压、电解时间和电极距离等参数来控制。
采用此法制备的TiO2纳米管阵列在表面形貌和催化性能方面均有优异的表现。
二、TiO2纳米管阵列的光催化性能研究进展TiO2纳米管阵列的光催化性能主要表现在光催化净化和光电催化等方面，其研究进展如下：1. 光催化净化TiO2纳米管阵列的光催化净化主要指利用其优异的催化性能去除水和空气中的有害物质。
研究表明，TiO2纳米管阵列具有优异的催化性能，可以有效去除水中的有机污染物和空气中的氮氧化物等有害物质。
2. 光电催化TiO2纳米管阵列的光电催化主要利用光伏效应和催化反应，将太阳能转化为化学能，用于水分解、CO2还原等反应中。
研究表明，TiO2纳米管阵列可以在可见光区域内催化反应，同时具有良好的稳定性和周期性反应能力。
三、结论TiO2纳米管阵列作为一种新型的催化材料，在环境净化、光电催化等领域有着广泛的应用前景。
其制备方法主要包括电化学阵列氧化法、离子注入法、水热法等。
TiO2纳米管阵列的光催化性能主要包括光催化净化和光电催化，可以有效去除水中的有机污染物和空气中的氮氧化物等有害物质，同时具有良好的稳定性和周期性反应能力。
未来，TiO2纳米管阵列的研究将会在新能源、环境净化等领域继续发挥重要作用。
TiO_2纳米管阵列的制备及光电性能研究
Ｖａ ｌ ｕｅ Ｅｎｇ ｉ ｎｅ ｅ ｒ ｉ ｎｇ
Ｔ ｉ Ｏ２ 纳米管 阵列的制备及光 电性能研究
Ｆ ａ ｂ ｒ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｐ ｈ ｏ ｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｔｉ Ｏ２ Ｎａ ｎ ｏ ｔ ｕ ｂ ｅ Ａｒ ｒ ａ ｙ ｓ
李娜 Ｌ Ｉ Ｎ ａ ； 林仕伟 Ｌ Ｉ Ｎ Ｓ ｌ ｌ ｉ — ｗ ｅ ｉ ： 赵 玉伟 Ｚ ＨＡ ｏ Ｙ ｕ — ｗ ｅ ｉ
（ 海 南 大 学材 料 与 化 工 学 院热 带 岛 屿 资源 先 进 材 料 教 育 部 重 点 实验 室 ， 海口５ ７ ０ ２ ２ ８ ） （ Ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｍａ ｔ ｅ ｉ ｒ ａ ｌ ｓ ｏ ｆ Ｔ ｒ ｏ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ Ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ， Ｍｉ ｎ ｉ ｓ ｔ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， Ｍａ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｆ ｏ Ｈ ａ ｉ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｈａ ｉ ｋ ｏ ｕ ５ ７ ０ ２ ２ ８ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
TiO_2纳米管的制备及其在化学需氧量测定中的应用研究
ＴｉＯ２纳米管的制备及其在化学需氧量 测定中的应用研究方艳菊 张中海 袁 园 丁红春 金利通＊（华东师范大学化学系 上 海 ２０００６２）E-mail:ltjin@摘要 在纯钛表面采用电化学阳极氧化法制备有序的高密度ＴｉＯ２纳米管阵列， 对ＴｉＯ２纳米管进行Ｘ射线衍射（ＸＲＤ）和扫描电子显微镜（ＳＥＭ）表征，结果表明氧化钛纳米管膜层的相结构与热处理有关，经５００℃热处理后具有光催化活性的锐钛矿型。
将其用于化学需氧量（ＣＯＤ）的测定，以葡萄糖为响应底物，考察了ＴｉＯ２纳米管光电催化传感器的光电催化行为，结果发现该传感器的光生电流值与２０～８００ｍｇ／Ｌ范围的ＣＯＤ值有良好的线性响应，检测限为１０ｍｇ／Ｌ， 相关系数为０．９９７７。
利用该传感器测定废水样品的ＣＯＤ值，结果与传统的Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７法相吻合。
用ＴｉＯ２纳米管制备的传感器具有测试速度快，不需有毒、昂贵试剂等优点，具有广阔的应用前景。
关键词 ＴｉＯ２纳米管；化学需氧量（ＣＯＤ）； 光电催化；光电流中图分类号 Ｏ６５３；Ｘ１３２．２Preparation of TiO2 Nanotubes and Its Application in the Detection of Chemical Oxygen Demand Fang Yanju, Zhang Zhonghai, Yuan Yuan, Ding Hongchun, Jin Litong*(Department of Chemistry, East China Normal University, Shanghai 200062, China)Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ， ｗｅｌｌ ｏｒｄｅｒｅｄ ａｎｄ ｕｎｉｆｏｒｍ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏｔｕｂｅ ａｒｒａｙｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｎ ａ ｐｕｒｅ ｔｉｔａｎｉｕｍ ｓｈｅｅｔ． ＸＲＤ ａｎｄ ＳＥＭ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅ ｔｈｅ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅａｒｒａｙｓ． Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＴｉＯ２ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｐｅｎｄｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ， ｔｈｅ ｒｕｔｉｌｅ ｐｈａｓｅ ｏｆ ＴｉＯ２ ａｐｐｅａｒｓ ｗｈｅｎ ｈｅａｔｉｎｇｔｏ ５００℃． Ｔｉｔａｎｉａ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ （ＣＯＤ） ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ． Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚ－ｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ， ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ ｒｅｓｐｏｎｄｅｄ ｌｉｎｅａｒｌｙ ｔｏ ｔｈｅ ＣＯＤ ｏｆ Ｄ－ｇｌｕｃｏｓｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ２０－８００ ｍｇ／Ｌ， ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔ ｉｓ １０ｍｇ／Ｌ ｗｉｔｈ ａ ｌｉｎｅａｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ０．９９７７． Ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｈａｓ ａｃｈｉｅｖｅｄｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｏｓｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｄｉｃｈｒｏｍａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ； ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｎｏｈｙｐｅｒｔｏｘｉｃ ｒｅａｇｅｎｔｓ ａｎｄ ｌｅｓｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｉｍｅ， ｓｕｇｇｅｓｔｉｎｇ ｔｈａｔ ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ａｎｏｔｈｅｒ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ＣＯＤ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｉｎ ｗａｔｅｒ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ＴｉＯ２ ｎａｎｏｔｕｂｅｓ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｏｘｙｇｅｎ ｄｅｍａｎｄ（ＣＯＤ）； ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｔｉｃ； ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔ1 引言近年来，电化学辅助ＴｉＯ２光催化技术即光电催化由于能够有效抑制光生空穴和电子的复合以提高光催化氧化效率受到人们的广泛关注［１－３］。
TiO2纳米管的制备及其光电性能研究
TiO2纳米管的制备及其光电性能研究
李荡;张杨
【期刊名称】《山东化工》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】采用水热法成功地制备了厚度为1 nm,直径为15 nm的TiO_(2)纳米管。
利用差热-热重分析、X射线衍射、透射电镜及紫外-可见漫反射光谱对产物的结构进行了表征,并通过TiO_(2)纳米管对甲基橙的降解效果对其光催化活性进行评价。
结果表明:制备的TiO_(2)纳米管有锐钛矿和金红石两种晶型,反应时间对样品的组
织结构和光催化活性有较大影响,金红石相比例随着反应时间的增长而减少。
反应
时间为12 h时,TiO_(2)纳米管具有更佳的晶型比例及形貌结构,光催化性能最好。
通过对TiO_(2)纳米管的形成机理研究发现:TiO_(2)前驱体先在强碱的作用下形成
片状结构的碱金属钛盐,然后,该片状结构在表面静电作用和弹性形变等多因素诱导
下转变成更稳定的纳米管状结构。
【总页数】4页(P48-50)
【作者】李荡;张杨
【作者单位】凯里学院理学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.MoS2/TiO2纳米管阵列的一步沉积法制备及光电性能研究
2.Cu2O改性TiO2纳米管阵列光电极的制备及其光电催化降解甲基橙的性能
3.预掺杂法制备
Au/TiO2纳米管薄膜及其光电性能研究4.响应面法优化TiO2纳米管光电极制备及光电催化性能研究5.BiOBr/石墨烯/TiO2纳米管阵列薄膜的制备及光电化学性能研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
可见光响应型TiO2纳米管的制光催化和光电化学生物传感中的应用
可见光响应型TiO2纳米管的制备及在光催化和光电化学生物传感中的应用许婧文，宋焱焱*1东北大学理学院分析科学研究所，沈阳，110004*Email: yysong@二氧化钛（TiO2）作为一种最为常见的半导体材料由于能带间隙（Eg=3.2 eV）较大，只能对占太阳光5%的紫外光（λ<387 nm）产生响应。
我们将Au纳米粒子引入双层TiO2纳米管上部的疏水段，作为可见光智能响应“开关”，构建了可见光诱导的药物可控释放体系；利用气相沉积法将半导体材料g-C3N4（Eg=2.69 eV）修饰在TiO2纳米管阵列上，得到的g-C3N4/TiO2纳米管复合材料在可见光区有良好的响应，成功应用于抗菌材料, 光电催化水裂解和光电生物传感等研究领域。
Figure 2. Visible light triggered bias-free H2 evolution.关键词：二氧化钛纳米管；可见光；光催化；药物释放；光电传感参考文献[1]J. Xu, X. Zhou, Z. Gao, Y.-Y Song, P. Schmuki, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 593 –597[2] J. Xu, Y. Li, X. Zhou, Y. Li, Z. Gao, Y.-Y Song, P. Schmuki, Chem. Eur. J. 2016, 22, 3947 – 3951.[3]Z.-D. Gao, Y.-F. Qu, X. Zhou, Lei Wang, ChemistryOpen DOI: 10.1002/open.201500219Preparation of Visible-Light-Activated TiO2 Nanotube Arrays and Their Application in Photocatalytisis and Photoelectrochemical BiosensorJingwen Xu, Yongfang Qu, Yan Li, Yanyan Song1,*Department of Chemistry, Northeastern University, Wenhua Road 3-11, Shenyang, 110004 An intrinsic drawback of TiO2 is its large band-gap (3.2 eV) that makes it active only in the UV spectral range (λ<387 nm) which accounts for less than 5% of solar light. We used a double-layered stack of TiO2nanotubes (TiNTs) to construct a visible-light-triggered drug delivery system. The key for visible light drug release is a hydrophobic cap on the nanotubes containing Au nanoparticles (AuNPs). In addition, a thin graphitic C3N4 (g-C3N4) layer is grafted on TiNT by a one-step chemical vapor deposition (CVD) approach. This provides a platform to enhance the visible-light response of TiO2 nanotubes for photochemical biosensing, photocatalytic bias-free H2 production, and antimicrobial applications.。
TiO2纳米线的制备及其光电性能研究
池， 以所制的纳米线膜电极为工作电极， 以饱和甘汞 电极 为 参 比 电 极 ， 以 Ｐｔ 电 极 为 对 电 极 ， 以 ０．１ ｍｏｌ·
Ｌ－１ ＫＳＣＮ 的 乙 醇 溶 液 为 支 持 电 解 液 。 用 恒 电 位 仪 （Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ／Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ Ｍｏｄｅｌ ２６３Ａ） 在测定光电流 时进行电位控制， 以 ２００ Ｗ 氙灯为光 源 ， 通 过 单 色 仪照在工作电极上。光强用 ＬＰＥ－１Ａ 型激光功率／能 量计标定。
将铟锡氧化物导电玻璃 （ＩＴＯ， ４ ｃｍ×２．６ ｃｍ， 豪 威科技有限公司， 方块电阻 １５ Ω·ｃｍ－２ 在超声器中 依次用丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗， 吹干； 将 ＴｉＯ２ 纳米线制备成一定浓度的纳米线胶体， 用滚动 涂膜法将所制胶体均匀涂于导电玻璃的导电面上， 晾干后在马弗炉内 ４００ ℃焙烧 １ ｈ。将其分割成电 极面积为 ０．５ ｃｍ２ 的均匀小块， 用银导电胶在未涂膜 的导电玻璃基底上引出一根铜导线， 并用 ＨＹ－９１４ 粘合剂将导线裸露部分及导电玻璃的边缘密封， 即 得纳米线膜电极。
关键词： ＴｉＯ２； 纳米线； 光电化学
中图分类号： ０６４４
文献标识码： Ａ
文章编号： １００１－４８６１（２００７）１２－２０３９－０５
Ｐｒ ｅｐａｒ ａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒ ｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｅｒ ｆｏｒ ｍａｎｃｅ ｏｆ ＴｉＯ２ Ｎａｎｏｗｉｒ ｅｓ
ＨＡＯ Ｙａｎ－Ｚｈｏｎｇ＊ ＷＡＮＧ Ｌｉ－Ｇａｎｇ
采用德国 Ｂｒｕｋｅｒ 公司 Ｄ８－ａｄｖａｎｃｅ Ｘ－ｒａｙ 衍射仪 检 测 样 品 的 晶 型 ， Ｃｕ Ｋα辐 射 ， Ｎｉ 滤 波 片 滤 波 ， λ＝ ０．１５４ １８ ｎｍ， 管电压为 ４０ ｋＶ， 管电流为 ３０ ｍＡ； 采用 日本日立公司 Ｓ４８００－Ｉ 型发射场扫描电镜（ＳＥＭ）和美 国 ＦＥＩ 公 司 Ｔｅｃｎａｉ Ｆ３０ 型 高 分 辨 透 射 电 子 显 微 （ＨＲＴＥＭ） 对样品进行形貌和 结 构 表 征 ； 采 用 美 国 ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ 公司 Ｇａｌｖａｎｏｓｔａｔ Ｍｏｄｅｌ ２６３Ａ 型恒电位仪 （Ｐｏｔｅｎｔｉｏｓｔａｔ）测量纳米线膜电极的光电流。以 ２００Ｗ 的 氙灯为光源， 通过单色仪（ＷＤＧ３０）照射在工作电极上。 １．３ 光电化学测量
TiO2纳米管与纳米线的光电化学研究
关键 词 ： 纳 米管 ；纳米线 ； 电化学 光 中图分类号 ： Ｏ ４ ６４ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ １９ ３ （０ ８ ０ －８ ４０ １０ －７ １ ２ ０ ）５０ ７－ ３
Ｆ ０型 高分辨透 射 电子 显微 （ ３ ＨＲＴ Ｍ） Ｅ 对样 品进行 形 貌 和结构表征 ； 采用 美 国 Ｐ ｒｉＥｍｅ 公 司 Ｇａ ａ ｏ－ ｅｋｎ ｌ ｒ ｌ ｎｓ ｖ ｔｔ ｄ ｌ ６ Ａ 型恒 电位 仪 （ ｏｅ ｔ ｓａ） ａ Ｍｏ ｅ ２ ３ Ｐ ｔｎｉ ｔｔ测量 纳米线 ｏ
制 备方法参考文 献Ｅ ７ 进行 了改进 ， ２并 通过 改 变反
应温度 制备了 Ｔｉ 。 Ｏ 纳米 管与纳 米线 。
选用纯 钛箔 （ ９ ９ ） 经 ８ ０ １ ０ ９ ． ９ ， ０ 、 ０ ０目金相 砂 纸
ｖ ｎ ｓ ｔ ｄ ｌ ６ Ａ） ａ ｏｔ ｅ ２ ３ 在测定 光 电流时进行 电位控 制 ， ａ Ｍｏ
极， 并对该 电极进行 了表征 和光 电化 学测 试 ， 步探 讨 初 了该体 系的光 电化学行 为 。
璃 基底 上 引 出一 根 铜导 线 ， 用 ＨＹ ９ ４粘 合剂将 导 并 －１ 线裸 露部分 及导 电玻璃 的边 缘密 封 ， 即得 纳 米管 和纳 米线膜 电极 。 光 电化 学测试 用 带 石英 窗 口的 三 电极 电解 池 ， 以
打磨 ， 分别用 丙酮 、 次水各 超声清 洗 ３ｍｉ。将 １０ 二 ０ ｎ ．ｇ 锐钛矿 Ｔ Ｏ 纳米 粒子 放人 ２ ｍｌ 次 去离 子水 中， ｉ。 ０ 二 超
声 ３ ｍｉ ０ ｎ形成 Ｔ ０ ｉ 。悬 浮 液 ， 过 浸 泡 法 把 悬 浮 液 中 通 的 Ｔｉ 纳米颗粒涂 在 处理 好 的 Ｔｉ Ｏ。 箔上 ， 后 把得 到 然 的表面沉 积 Ｔ Ｏ ｉ ２颗粒 的 Ｔｉ 放 在 盛有 ２ ｍｌ ＯＨ 箔 ０ Ｎａ （Ｏ ｌＬ 溶液 的 高 压 釜 中 ， 应 温 度 控 制 在 １０ １ ｍｏ／ ） 反 ５ ～
TiO2纳米管阵列的制备与修饰及光电催化性能研究的开题报告
TiO2纳米管阵列的制备与修饰及光电催化性能研究的开题报告研究背景及意义：TiO2纳米管阵列是一种具有良好物理化学性质的纳米材料，在环保领域以及光电催化领域有着广泛的应用。
当前，TiO2纳米管阵列制备技术已经得到很好的发展，但是其光电催化性能还有待进一步提高。
因此，本研究将致力于制备高性能的TiO2纳米管阵列，并通过材料表面物理化学修饰方式，来提高其光电催化性能。
研究内容：1.利用阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列，并结合扫描电镜和X射线衍射分析，研究制备过程对其物理化学性质的影响。
2.通过表面物理化学修饰方法，如：TiO2纳米管阵列表面修饰介质、金属离子掺杂等方法，优化其光电催化性能。
3.通过紫外可见光谱、电化学法等手段，研究优化后的TiO2纳米管阵列光电催化性能，包括催化活性、光吸收性能、电化学行为等。
研究方法：1.制备TiO2纳米管阵列。
采用阳极氧化法，在氟化电解质溶液中以Ti作为阳极，于一定的电压、电流密度下进行处理，制备得到TiO2纳米管阵列。
2.表面物理化学修饰。
通过不同的表面物理化学修饰，如：介质修饰、金属离子掺杂等方式对TiO2纳米管阵列的表面进行修饰。
3.光电催化性能测试。
采用紫外可见光谱、电化学法等手段，研究优化后的TiO2纳米管阵列光电催化性能。
预期成果：1.成功制备高质量的TiO2纳米管阵列，并探究制备过程对其物理化学性质的影响。
2.通过表面物理化学修饰方法，的到了具有优良光电催化性能的TiO2纳米管阵列。
3.探究不同的表面物理化学修饰方式对TiO2纳米管阵列的光电催化性能的影响。
4.为进一步应用此种材料于环境保护、能源等领域提供了理论依据和实验基础。
TiO2纳米管合成、改性及其光电催化性能的研究进展
Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ
ｔ ａ ｉｍ ｘｄ ａ ｏ ｕ ｅ ， ｒｐ ｒｔ ｎ． ｈ ｔｅ ｔｌｓｓ ｅｅ ｔ ｃ ｔ ｌｓｓ ｉ ｎｕ ｏ ｉｅｎ ｎ ｔ ｂ ｓ ｐ ｅ ａａｉ ｐ ｏ ｏ ａａｙ ｉ， ｌｃｒ ａａｙ ｉ ｔ ｏ ｏ
我们正生活在一个纳米材料作 为研究前 沿的时代 。在这个
ＸＩ ＡＯ ｉｇ ｅ ， ＡＮＧ ｉｈ Ｗ Ｕ ｎ ａ ＤＡＮＧ ｈ Ｍ ｎｗ ｉ Ｗ Ｌ ｓ ｉ， Ｙａ ｄ ｎ ， Ｚ ｉ
（ Ｃｏ ｌ ｇ ｆＥｎ ｉ ｎ ｎ ａ ｃ ｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， ｏ ｔ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ａ ｚ ｏ １ ６ ０ １ ｌ ｅ ｏ ｖ ｒ ｍｅ ｔ ｌＳ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ Ｓ ｕ ｈ Ｃｈ ｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌｇ Ｇｕ ｎ ｈ ｕ ５ ０ ４ ； ｅ ｏ ｙ ｇ ２ Ｃ ｌ ｇ ｆＣｈ ｍｉａ ｃｅ ｃ ， ｏ ｔ ｉ ａ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｆＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ， ａ ｇ ｈ ｕ ５ ０ ４ ） ｏ ｌ ｅ ｏ ｅ ｃ ｌ ｉｎ ｅ Ｓ ｕ ｈ Ｃｈｎ ｉｅ ｓｔ ｏ ｃ ｎ ｌ ｇ Ｇｕ ｎ ｚ ｏ １ ６ ０ ｅ Ｓ ｙ
《Ni-基双功能助催化剂修饰TiO2纳米管阵列及光电催化性能研究》范文
《Ni-基双功能助催化剂修饰TiO2纳米管阵列及光电催化性能研究》篇一一、引言近年来，光电催化技术在环境保护、能源转化及废水处理等领域表现出广阔的应用前景。
作为核心材料的TiO2，具有无毒、稳定性高和低成本等优势，但其较窄的光响应范围及较慢的电子传输速度，严重限制了其在光电催化领域的进一步应用。
因此，提升TiO2的光电催化性能，是当前科研工作的热点。
通过Ni-基双功能助催化剂的修饰，可以有效地解决上述问题。
本文将重点研究Ni-基助催化剂修饰TiO2纳米管阵列的制备方法及其光电催化性能。
二、材料与方法1. 材料准备实验所需材料包括：TiO2纳米管阵列、Ni盐、导电玻璃等。
所有试剂均为分析纯，使用前未进行进一步处理。
2. 制备方法（1）TiO2纳米管阵列的制备：采用阳极氧化法，通过控制电解液组成、电压和温度等参数，在钛基底上制备出TiO2纳米管阵列。
（2）Ni-基助催化剂的修饰：将制备好的TiO2纳米管阵列浸入Ni盐溶液中，通过化学浴沉积法将Ni-基助催化剂负载在TiO2表面。
3. 性能测试利用紫外-可见分光光度计、电化学工作站等设备，对修饰后的TiO2纳米管阵列进行光电催化性能测试。
三、结果与讨论1. 结构表征通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）对Ni-基助催化剂修饰的TiO2纳米管阵列进行结构表征。
结果显示，Ni-基助催化剂成功负载在TiO2表面，且纳米管阵列结构保持完整。
2. 光电性能分析（1）光响应范围：经过Ni-基助催化剂修饰的TiO2纳米管阵列，其光响应范围得到显著拓宽，对可见光的利用率大大提高。
（2）电子传输速度：助催化剂的引入有效地促进了光生电子和空穴的分离，提高了电子传输速度。
（3）光电催化性能：在可见光照射下，修饰后的TiO2纳米管阵列表现出优异的光电催化性能，对有机污染物的降解效率明显提高。
四、机理探讨Ni-基助催化剂的引入，不仅扩大了TiO2的光响应范围，还通过其双功能作用（包括促进光生电子和空穴的分离以及提高界面反应速率）显著提高了TiO2的光电催化性能。
TiO2纳米管阵列的改性及其光电化学性能的研究的开题报告
TiO2纳米管阵列的改性及其光电化学性能的研究的开题报告一、研究背景氧化钛（TiO2）是一种常见的半导体材料，具有良好的化学稳定性、光稳定性和生物相容性，广泛用于光催化、光电、生物传感器等领域。
而纳米管阵列是一种特殊的纳米结构，具有高度有序、大比表面积和优异的光电化学性能等优点，被广泛应用于光电池、传感器、生物医学等领域。
然而，传统的纳米管阵列制备方法存在着结构不均匀、有序性差等问题，影响光电性能的提高。
因此，对TiO2纳米管阵列的改性研究显得尤为重要，可以改善其结构和性能，提高其应用的效率和效果。
二、研究目的本文旨在通过制备TiO2纳米管阵列，并对其表面进行改性处理，探究改性处理对其结构和光电化学性能的影响。
同时，对制备的样品进行光电性能测试，探究其光电转换效率和电子传输行为，为其在光催化、光电池等领域的应用提供理论基础和实践参考。
三、研究内容与方法1. TiO2纳米管阵列的制备采用电化学阳极氧化法（EOA）制备TiO2纳米管阵列，优化制备工艺参数并评估所得样品的结构、形貌、纯度和晶体结构等性质。
2. TiO2纳米管阵列的改性处理在制备得到的TiO2纳米管阵列表面进行改性处理，如染料敏化、金属修饰等方法，评估改性处理前后样品的结构、形貌和晶体结构等性质。
3. 光电化学性能的测试采用电化学方法（光电池测试系统）测试所制备的TiO2纳米管阵列样品的光电转换效率和电子传输行为，并通过分析与对比，验证改性处理对其光电化学性能的影响。
四、预期成果通过对TiO2纳米管阵列的制备和改性研究，旨在得到具有优异光电化学性能的样品，并探究改性处理对其结构和性能的影响，为其在光化学、光电池等领域的应用提供参考。
五、研究意义1. 探究改性处理对TiO2纳米管阵列结构和性能的影响，拓展其应用领域；2. 提高TiO2纳米管阵列样品的光电转换效率，促进其在光化学和光电池等领域的应用；3. 为其他半导体纳米管阵列的制备和改性提供参考。
TiO_2纳米管的制备及应用研究
关键词 TiO 2 纳米管 太阳能电池 光催化 气敏传感器
The Preparation and Applications of TiO2 Nanotubes
ZH ห้องสมุดไป่ตู้NG Yunhuai1 , H U Fu1, XIAO P eng2
( 1 Colleg e of Chemist ry and Chemical Eng ineering , Chongqing U niver sity , Cho ng qing 400044; 2 Colleg e of M athematics and Phy sics, Cho ng qing U niver sity, Cho ng qing 400044)
1. 2 模板合成法
模板合成法, 即把纳米 结构基 元组装 到模板 孔洞中而 形成 纳米管或者纳米丝的方 法。实验中 用到的 模板有高 分子模 板、 氧化铝模板、纳米孔洞玻璃模板、介孔沸石模板、蛋白模 板、多孔 硅模板、金属模板及表 面活性 剂模板。其 中常用 的模板 主要是 含有孔洞无序分布 的高 分子 模板 和有 序孔 洞阵 列氧 化铝 模板 ( P AA ) 。目前 , 在模板合成法制备 T iO 2 纳 米管过程 中, 常采用 的是有机聚合物模 板或 者表 面活 性剂 模板 和纳 米阵 列孔 洞厚 膜, 如氧化铝模板, 然后 再通 过电化 学沉 积法、溶胶- 凝 胶法、溶 胶- 凝胶- 聚合法等技术来制取 T iO2 纳米管[ 12] 。
硅掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究
硅掺杂TiO2纳米管阵列的制备及光电催化活性的研究3吴建生,宿 艳,陈 硕,全 燮(大连理工大学环境与生命学院,工业生态与环境工程教育部重点实验室,辽宁大连116024)摘 要: 通过电化学沉积,在阳极氧化法制备的高度有序TiO2纳米管阵列表面均匀地沉积Si元素。
扫描电子显微照片显示Si掺杂的TiO2纳米管垂直于基底定向生长。
X射线衍射分析表明,所引入的Si可能掺入到TiO2的晶格中,因而提高了TiO2的热稳定性,抑制了金红石相的生成及晶粒的长大。
紫外2可见漫反射分析表明Si掺杂的TiO2纳米管吸收边带发生了明显的蓝移,并且在紫外区的吸收强度明显增强。
与未掺杂的TiO2纳米管相比,Si掺杂TiO2纳米管电极的紫外光电化学响应显著提高,其光电流密度是未掺杂的1.48倍。
硅掺杂TiO2纳米管阵列光电催化降解五氯酚的动力学常数(1.651h-1)是未掺杂TiO2纳米管电极(0.823h-1)的2.0倍。
关键词: TiO2纳米管阵列;硅掺杂;光电催化中图分类号: O613文献标识码:A 文章编号:100129731(2009)09214292031 引 言由于具有其它半导体无法比拟的催化活性高、稳定性好、无毒、价廉等优点,TiO2纳米管受到了广泛的关注。
高度有序的纳米管阵列具有较大的比表面积、独特的结构特性和良好的晶体结构,这些使其对界面间矢量电荷的转移提供了很好的电子浸透路径[1,2]。
阳极化的制备方法容易操控,而且从钛基底表面生长的纳米管与钛导电基底之间以肖特基势垒直接相连,结合牢固,不易脱落。
此外,管的孔径、长度和壁厚等参数可以通过精确调控电化学条件得以控制[3,4]。
TiO2是多相光催化中使用较多的一种催化剂,但是它对紫外光的利用率却比较低。
通过在TiO2中掺杂金属或化合物,如Pt、Fe、ZnO、CdS和Sr TiO3[5,6]等,能够有效提高光能利用率。
特别是,硅修饰的TiO2体系由于具有很高的光催化活性而引起了广泛的关注。
二氧化钛纳米管的研究进展
二氧化钛纳米管的研究进展二氧化钛(TiO2)纳米管由于其独特的结构和物理化学性质，一直以来都受到广泛的研究关注。
在过去几十年中，研究者们在两相液溶胶-凝胶法制备的TiO2纳米管方面取得了许多关键的突破和进展。
以下是对该领域研究进展的概述：1.合成方法：目前，广泛使用的制备TiO2纳米管的方法包括：模板法、溶胶-凝胶法、静电纺丝法等。
其中，模板法是一种常用的方法，通过选择合适的模板材料，可制备高度有序的纳米管结构。
2.结构控制：研究者们通过调节合成条件和添加适当的添加剂，成功控制了纳米管的尺寸、形状和晶相等结构性质。
例如，调节合成温度和溶胶浓度可以改变纳米管的直径和长度。
此外，添加剂如有机酸、表面活性剂等也可以用来调节纳米管的生长速率和晶相。
3.光催化性能：相比于其他结构形态的TiO2，纳米管具有较大的比表面积和高度有序排列的结构，使其具有出色的光催化性能。
研究者们发现，TiO2纳米管能够高效地吸收紫外光，并产生强烈的光催化反应。
此外，与纳米颗粒相比，纳米管结构还具有独特的光电子传输特性，进一步提高了光催化效率。
4.应用研究：TiO2纳米管在环境净化、太阳能电池、储能材料、生物传感等领域得到了广泛的应用研究。
特别是在太阳能电池领域，纳米管结构不仅可以提供更大的光吸收面积，还可以实现更高的电子传输效率，从而提高光电转化效率。
5.表面修饰：为了进一步提高TiO2纳米管的光催化性能，研究者们开始利用表面修饰技术。
例如，通过在纳米管表面沉积负载金属催化剂、量子点等，可以增强纳米管的光催化活性。
此外，将纳米管和其他材料复合成纳米复合材料也是一种重要的表面修饰方法。
总之，近年来，二氧化钛纳米管的研究进展相当迅速，各种合成方法、结构调控和表面修饰技术的发展为纳米管的应用提供了更多的可能性。
随着对纳米管结构关系与性能之间理解的加深，相信纳米管材料将在能源和环境领域等许多应用中发挥重要作用。
《FTO基底上制备负载Au或Pt的TiO2纳米管及其光电性能研究》范文
《FTO基底上制备负载Au或Pt的TiO2纳米管及其光电性能研究》篇一一、引言近年来，光催化技术在环境治理、能源转化以及新能源技术领域获得了广泛的关注。
作为光催化材料的一种，TiO2纳米管以其优异的性能，在众多应用中发挥着重要的作用。
本篇论文将着重研究在FTO基底上制备负载Au或Pt的TiO2纳米管及其光电性能，并深入探讨其可能的机制。
二、材料制备（一）TiO2纳米管的制备我们选择溶胶-凝胶法作为制备TiO2纳米管的主要方法。
在FTO基底上，通过调整温度、pH值和浓度等参数，获得形貌均匀的TiO2纳米管阵列。
（二）负载Au或Pt的TiO2纳米管的制备在获得TiO2纳米管后，我们通过浸渍法将Au或Pt纳米颗粒负载在TiO2纳米管上。
具体操作是，将TiO2纳米管浸入含有Au或Pt盐溶液中，通过热处理和还原过程，使金属离子还原为金属纳米颗粒并附着在TiO2纳米管上。
三、光电性能研究（一）表征方法为了了解负载Au或Pt后TiO2纳米管的光电性能变化，我们采用了扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和紫外-可见光谱等手段进行表征。
（二）光电性能分析实验结果表明，负载Au或Pt的TiO2纳米管在可见光区域的光吸收能力明显增强，且其光电流密度也有显著提高。
这主要归因于金属与TiO2之间的界面效应，以及金属纳米颗粒对光的局域表面等离子体共振效应。
四、结果与讨论（一）形貌与结构分析从SEM图像中可以看出，负载Au或Pt的TiO2纳米管保持了较好的形貌和阵列结构。
XRD分析显示，Au或Pt以纳米颗粒的形式成功负载在TiO2上，且没有引入其他杂质。
（二）光电性能分析通过紫外-可见光谱分析，我们发现负载Au或Pt的TiO2纳米管在可见光区域的吸收边缘相较于纯TiO2有所红移，这表明其光吸收能力得到了增强。
此外，通过光电测试，我们发现负载金属后的TiO2纳米管的光电流密度有了显著的提高，这表明其光电转换效率得到了提升。
二氧化钛纳米管结构组装及光电一体化催化降解研究的开题报告
锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构组装及光电一体化催化降解研究的开题报告一、研究背景随着环境污染问题日益严重，光电催化降解技术成为了当前研究的热点之一。
其中，二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于光催化降解的半导体材料。
但是，纯 TiO2 的光催化活性较低，它需要其他材料来提高其催化性能。
近年来，锡锑氧化物（SnSb4O6）因其特殊的电学和光学性质成为了一种优秀的辅助催化剂，其与 TiO2 复合后能够显著提高 TiO2的催化活性。
因此，研究锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构组装的光电一体化催化降解技术，对于实现高效的环境污染处理具有重要意义。
二、研究内容本研究将钛管阵列作为模板，制备出纳米直管状的 TiO2 材料。
随后，采用水热法和微波辅助加热的方法制备锡锑氧化物，并将其与 TiO2 纳米管结构进行组装，形成锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构。
为了进一步提高该材料的催化性能，文中将优化锡锑氧化物/二氧化钛复合材料的制备工艺，并进行表征和催化实验。
三、研究方法1. TiO2 纳米管的制备：采用阳极氧化法，在钛基底上制备 TiO2 纳米管。
2. 锡锑氧化物的制备：采用水热法和微波辅助加热的方法制备锡锑氧化物纳米颗粒。
3. 锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构的组装：将锡锑氧化物纳米颗粒和 TiO2 纳米管进行组装，形成锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构。
4. 优化综合催化性能：通过控制制备工艺和复合比例等手段，优化锡锑氧化物/二氧化钛复合材料的制备工艺，并进行表征和催化实验。
四、研究意义本研究将探索锡锑氧化物/二氧化钛纳米管结构组装的光电一体化催化降解技术，对于实现高效的环境污染处理具有重要意义。
此外，对锡锑氧化物/二氧化钛复合材料的制备工艺进行优化，还将丰富纳米复合材料的制备方法和催化机制的研究，具有一定的理论和实际意义。
TiO2纳米管的可控制备及其光伏特性研究中期报告
TiO2纳米管的可控制备及其光伏特性研究中期报告
TiO2纳米管在光伏领域有着广泛的应用前景。
本研究旨在探究TiO2纳米管的可控制备方法，并研究其光伏特性。
首先，采用溶胶-凝胶法制备了TiO2纳米管。
通过调节反应条件，
如温度、时间、pH值等，实现了对TiO2纳米管形貌的控制。
SEM和TEM分析结果表明，制备得到的TiO2纳米管直径在100-300nm之间，
长度可控制在数微米至数十微米之间。
接着，采用光电化学法测试了TiO2纳米管的光伏特性。
结果表明，在可见光区域，TiO2纳米管具有良好的光电转换性能。
当纳米管长度为
10μm时，其光电转换效率最高，达到了6.12%。
进一步地，我们发现，TiO2纳米管的光电转换性能受到其表面性质
的影响。
通过对表面进行不同的修饰，如化学处理和涂覆不同的敏化剂，TiO2纳米管的光电转换效率均得到了提高。
综上所述，本研究成功实现了对TiO2纳米管形貌的可控制备，并研究了其光伏特性。
由于TiO2纳米管在光伏领域具有广泛的应用前景，我们相信这些研究成果将为光伏器件的设计和制备提供参考依据。
阳极氧化法制备TiO_2纳米管及特性研究[1]
![阳极氧化法制备TiO_2纳米管及特性研究[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/fcad89c79ec3d5bbfd0a74ac.png)
2. 1 TiO2 纳米管 SEM 检测
不同角度观察的 TiO2 纳米管的 SEM 形貌图见图 2 。
流密度急剧下降 ,其反应式为 :
2 H2 O →4 H + + O2 + 4e - Ti + O2 →TiO2
(1)
图 3 阳极氧化过程中电流密度2时间变化曲线 (其电压 、占空比 、频率分别为 :
2. 2 TiO2 纳米管状结构的形成机理
TiO2 纳米管的形成机理是比较复杂的 ,钛阳极氧化过程 大致可分为三个阶段[728] ,第一个阶段是阻挡层的形成 。这个 阶段在钛片表面生成一层致密的 TiO2 薄膜阻挡层 ,这个过程 的时间很短 ,如图 3 中的 I 所示 。随着氧化膜的形成 ,平均电
关键词 直流脉冲 ,阳极氧化 , TiO2 纳米管
Study on characteristics of TiO2 nanotube array prepared by anode oxidation
Wei Shiliang He Xiang Sun Fenglo u Zho ng Zhiyo u
growth speed can be st ro ngly influenced by t he applied elect ricity parameters and ult raso nic assistant . And t he samples were researched before and after annealing by XRD and UV2Vis.
本方法以工业纯钛片作为阳极 ,不锈钢板为阴极 ,采用单 向直流脉冲电源 ,在相同的电解质溶液中进行阳极氧化 , 同时 利用超声波作为辅助源进行对比实验 。通过 SEM 检测研究 了电参数对 TiO2 纳米管的形貌和生长速度影响 ,在氧化处理 的同时通过计算机采集电流随时间 ( I2t) 的变化曲线 ,对 TiO2 纳米管的形成的机理进行了讨论 ,并对其特性进行了研究 。
二氧化钛纳米管（TiO2Nanotubes）在环境和能源领域的应用
二氧化钛纳米管（TiO2Nanotubes）在环境和能源领域的应用纳米结构的二氧化钛因其在光学、生物学、电学等方面的独特性质而成为目前研究的热点之一，并被广泛应用于光催化，光电池，传感器和涂料等方面，尤其是管状纳米二氧化钛，因为具有尺寸可控和高度有序的特性，引起越来越多的关注。
二氧化钛纳米管相对于纳米棒，纳米线等一维纳米结构而言，具有更大的比表面积，即可以提供更多的活性中心，使得二氧化钛纳米管在微电子、光催化、光电转换等领域展现出良好的应用前景。
二氧化钛纳米管的应用主要是在环境领域和能源领域两大方面。
二氧化钛是在水处理领域降解有机污染物的应用最广泛的光催化剂之一，特别是针对污水中的难降解有机物，表现出良好的优势和前景。
研究人员利用二氧化钛TIO2纳米管来降解双酚A（BPA）的实验，结果表明，加入二氧化钛纳米管做催化剂后，BPA的降解率达到了80.1%，比加入一般TIO2纳米颗粒时的降解率高了51.1%，说明了二氧化钛纳米管具有良好的光催化性能。
TIO2纳米管对SDBS的光催化降解表现出较高的光催化活性，10min时SDBS约降解12%，20min时SDBS已降解30%。
TIO2纳米管用在传感器材料中，用来检测氧气，一氧化碳，氢气等，并且已经被证实，TIO2纳米管对一氧化碳，氢气，氨气等气体表现出高敏感性。
这种高气敏活性源于TIO2纳米管特殊的形貌结构和在纳米尺寸上的高度对称性。
因此可用作汽车尾气传感器，通过检测汽车尾气中的氧气含量来控制和减少尾气中的CO和NOx的污染。
自从研究人员发现用紫外光照射TiO2可以分解水并制得氢气以来，光催化分解水制氢成为了一个新的研究领域。
TIO2纳米管用于光裂解技术中，在波长为320-400nm，能量强度为100m.W/cm2的光照射下，H2产生速率达到了960umol/h.W(24mL /h.W),转换效率达6.8%。
在所有报道的光电化学电池中，其H2产生率最高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
TiO2纳米管与纳米线的光电化学研究3郝彦忠,王利刚(河北科技大学理学院,河北石家庄050018)摘 要: 利用在钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaO H反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线。
制备了TiO2纳米管和纳米线膜电极,并进行了光电化学测试。
光电化学实验表明,混晶结构TiO2纳米管和纳米线显示出优良的光电转化性能。
关键词: 纳米管;纳米线;光电化学中图分类号: O644文献标识码:A 文章编号:100129731(2008)05208742031 引 言由于TiO2纳米管与纳米线,与其它形态的TiO2相比,具有更大的比表面积和更强的吸附能力;而且具有很强的光散射性能[1],同时,由于TiO2纳米管与纳米线是一维纳米粒子,为电子的快速迁移提供了天然的通道,使得电子传导性能增强,可望提高TiO2的光电转换效率。
本文制备了TiO2纳米管和纳米线膜电极,并对该电极进行了表征和光电化学测试,初步探讨了该体系的光电化学行为。
2 实 验2.1 TiO2纳米管与纳米线的制备制备方法参考文献[2]并进行了改进,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线。
选用纯钛箔(99.99%),经800、1000目金相砂纸打磨,分别用丙酮、二次水各超声清洗30min。
将1.0g 锐钛矿TiO2纳米粒子放入20ml二次去离子水中,超声30min形成TiO2悬浮液,通过浸泡法把悬浮液中的TiO2纳米颗粒涂在处理好的Ti箔上,然后把得到的表面沉积TiO2颗粒的Ti箔放在盛有20ml NaO H (10mol/L)溶液的高压釜中,反应温度控制在150～180℃,反应时间控制在12～72h。
反应结束后,将钛箔去掉得到含有产物的反应液。
用10%(质量分数)盐酸将反应液p H值调至中性,边过滤边用二次去离子水清洗,直至无Cl-(用AgNO3鉴定Cl-)。
经过滤后,将得到的沉淀物在80℃干燥24h。
最后将产物在350℃煅烧3h。
2.2 表征采用德国Bruker公司D82advance X2ray衍射仪检测样品的晶型,Cu Kα辐射,λ=0.15418nm,管电压为40kV,管电流为30mA;采用日本日立公司S48002I 型发射场扫描电镜(SEM)和美国FEI公司Tecnai F30型高分辨透射电子显微(HR TEM)对样品进行形貌和结构表征;采用美国PerkinElmer公司Galvano s2 tat Model263A型恒电位仪(Potentiostat)测量纳米线膜电极的光电流。
2.3 光电化学测量将铟锡氧化物导电玻璃(ITO)在超声器中依次用丙酮、二次去离子水、无水乙醇清洗,吹干;将TiO2纳米管和纳米线的粉末制备成一定浓度的胶体,用滚动涂膜法将所制胶体均匀涂于导电玻璃的导电面上,晾干后在马弗炉内400℃煅烧1h。
将其分割成电极面积为0.5cm2的均匀小块,用银导电胶在未涂膜的导电玻璃基底上引出一根铜导线,并用H Y2914粘合剂将导线裸露部分及导电玻璃的边缘密封,即得纳米管和纳米线膜电极。
光电化学测试用带石英窗口的三电极电解池,以所制的纳米管和纳米线膜电极为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极(SCE),所有电极电位均相对于该电极。
以Pt电极为对电极,以0.1mol/L KSCN的乙醇溶液为支持电解液。
用恒电位仪(Potentiostat/Gal2 vanostat Model263A)在测定光电流时进行电位控制,以200W氙灯为光源,通过单色仪照在工作电极上。
光强用L PE21A型激光功率/能量计标定。
3 结果与讨论图1为TiO2原料和所得产物的XRD图谱。
对产物的XRD分析可知,产物的XRD与文献[3,4]所报道的产物的XRD相吻合,为混晶型。
图3为TiO2纳米管和纳米线的EDS谱图。
对两种产物做EDS分析,表明TiO2纳米管和纳米线只含Ti和O两种元素。
谱中的Cu和C峰是来自于铜网和碳膜,其中的痕量杂质可能为处理过程和容器所引起的。
图2为反应温度170、180℃所得到的TiO2的478 2008年第5期(39)卷3基金项目:国家自然科学基金资助项目(20573031,20203008);河北省自然科学基金资助项目(202351);河北省教育厅指导性资助项目(Z2005203)收到初稿日期:2007210219收到修改稿日期:2007212227通讯作者:郝彦忠作者简介:郝彦忠 (1967-),男,河北石家庄人,博士,教授,研究生导师,主要从事纳米材料及光电化学研究。
SEM及HR TEM照片。
图2(a)、(b)为TiO2纳米管的SEM及HR TEM照片。
图2(c)、(d)为TiO2纳米线的SEM及HR TEM照片。
图1 TiO2原料和所得产物的XRD图谱Fig1XRD pattens of raw material TiO2and product s 从图2可以看出,TiO2纳米管直径分布在20～200nm,TiO2纳米线的直径为50nm左右,两者的长度可达几微米。
说明产物的长径比很高,具有较高的比表面积。
纳米管、纳米线都是由层(片)状的中间产物生成。
片状物不稳定,由于降低体系能量方式的不同,而导致两种不同的产物。
由实验可知,在反应温度170℃的条件下合成TiO2纳米管,在180℃时得到TiO2纳米线(如图3所示)。
在较高的水热温度下,更趋于形成纳米线[5]。
在本实验中钛箔表面的处理程度对TiO2纳米管的形成有影响。
钛箔在打磨过程中,由于局部高温钛原子与氧结合形成Ti-O键,在高温、高压条件下与强碱作用而参加反应而生成产物。
图2 TiO2纳米管和纳米线的SEM、HR TEM照片Fig2SEM,HR TEM images of TiO2nanot ubes and nanowires图3 TiO2纳米管和纳米线的EDS谱图Fig3EDS spectra of TiO2nanot ubes and nanowires 图4为TiO2纳米管和纳米线膜电极的SEM照片。
从图4可以看出,纳米管和纳米线成膜后,两者的结构没有发生变化,都保持原有的形貌。
图5为TiO2纳米管和纳米线膜电极用计算机采集到的在340nm 波长单色光照射下,电极电势为0.7V 时的瞬态光电流图。
由图5可知,两种膜电极在光照瞬间产生阳极光电流,且具有很好的光电流稳定性。
图4 TiO2纳米管和纳米线膜的SEM照片Fig4SEM image of TiO2nanot ubes film 图6为TiO2纳米管和纳米线膜电极的光电流随电极电势变化曲线。
由图6可以看出,在同一波长单色光作用下,两者的电流都随电极电势先增大,在外加电势0.7V下达到最大值,随后光电流随电极电势增大而逐渐减小。
但在相同电极电势下TiO2纳米管的光电流大于纳米线的。
图7为TiO2纳米管和纳米线膜电极光电流作用谱图。
由图7可知在相同电极电势0.7V下,TiO2纳米管膜电极在入射波长340nm处有最大的IPCE值,达到10.38%,TiO2纳米线膜电极在入射波长340nm 处有最大的I PC E值,达到8.8%。
500nm以后两者的光电转换效率几乎是一条在零附近的直线。
578郝彦忠等:TiO2纳米管与纳米线的光电化学研究图5 TiO 2纳米管和纳米线膜电极的瞬态光电流谱图Fig 5Photocurrent t ransient s of TiO 2nanot ubes图6 电极光电流与电极电势曲线Fig 6Plot of p hotocurrent vs electrode potential 混晶结构TiO 2纳米管[4]和纳米线显示出优良的光电转化性能。
R.I.Bickley 等[6]认为混晶结构能有效促进电子2空穴对的分离,提高光电化学活性,主要有两方面原因:一方面金红石型TiO 2的禁带宽度(E g =3.0eV )小于锐钛矿型TiO 2(E g =3.2eV ),对光的利用率提高;另一方面这种混晶结构可能形成了类似复合半导体的结构,使光生载流子在不同能级半导体之间传输,延长其寿命,而提高量子效率。
图7 电极光电流作用谱图Fig 7Photocurrent action spect ra4 结 论利用在钛箔表面沉积一层TiO 2纳米粒子作为晶种,与NaO H 反应,通过改变反应温度制备了TiO 2纳米管与纳米线。
光电化学实验表明,TiO 2纳米管在电极电势为0.7V 、入射光波长为340nm 的条件下,IPCE 值最大,达到10.38%。
TiO 2纳米线在入射波长340nm 处有最大的IPCE 值,达到8.8%。
混晶结构TiO 2显示出优良的光电性能。
参考文献:[1] 马玉涛,林 原,肖绪瑞,等.[J ].科学通报,2005,50(17):182421828.[2] Tian Z R ,Voight J A ,Liu J ,et al.[J ].J Am Chem Soc ,2003,125:12384212385.[3] 梁 建,马淑芳,韩培德,等.[J ].稀有金属材料与工程,2005,34:2872290.[4] 李 贺,姚素薇,张卫国,等.[J ].无机材料学报,2007,22:3492353.[5] 张 月,陈 清,龚巍巍,等.[J ].北京大学学报(自然科学版),2007,43:1252131.[6] Bickley R I ,G onzalez 2Caxreno T ,Lees J.[J ].J SolidState Chem ,1991,92:1782190.Photoelectrochemical study of TiO 2nanotubes and nanowiresHAO Yan 2zhong ,WAN G Li 2gang(College of Science ,Hebei U niversity of Science and Technology ,Shijiazhuang 050018,China )Abstract :TiO 2nanot ubes and nanowires were prepared wit h hydrot hermal met hod in which Titanium foil deposi 2ted TiO 2nanoparticles was used.By cont rolling reaction temperat ure ,TiO 2nanot ubes and nanowires could be obtained ,which were characterized wit h XRD ,SEM ,EDS and HR TEM.The st ruct ure of TiO 2nanot ube and nanowires is a mixt ure of an anatase and a rutile p hases.The p hotoelectrical result s show t hat t he p hotoelect ro 2chemical properties of TiO 2nanot ube and nanowires was excellent.K ey w ords :nanotubes;nanowires;photoelectrochemistry678 2008年第5期(39)卷。