TiO2/Mo-TiO2 的制备、表征和光催化活性

 采用溶胶-凝胶法制备了掺 Mo 的 TiO2 粉末, 再由其制得 TiO2/Mo-TiO2 复合物光催化剂. 使用 X 射线光电子能谱、X 射线衍射、透射电镜、N2 吸附-脱附、紫外-可见漫反射光谱和荧光光谱等手段对催化剂进行了表征. 在紫外光照射下, 以甲基橙溶液降解为探针反应, 研究了 Mo 掺杂量对样品光催化活性的影响. 结果表明, Mo-TiO2 催化剂的活性不如纯 TiO2, 这是因为 Mo 离子促进了光生载流子的复合; 而带有 n-n 异质结半导体结构的 TiO2/Mo-TiO2 复合催化剂具有比纯 TiO2 和 Mo-TiO2 催化剂更高的光催化活性. 当 Mo 掺杂摩尔分数为 2%, TiO2:Mo-TiO2 质量比为 10:1 时, 活性是纯 TiO2 的 1.57 倍.     

直流反应磁控溅射方法制备碳掺杂TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过直流反应磁控溅射的方法, 利用碳钛镶嵌靶在Ar/O2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO2薄膜, 并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征. XRD测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳掺杂的引入有利于TiO2薄膜的晶格生长, 并随靶中碳面积的增加, 薄膜的结晶度也相应提高. 由透射光谱计算得到的禁带宽度表明, 靶中碳和钛的面积比为0.05时, 薄膜的禁带宽度由纯TiO2薄膜的3.4 eV减小到3.1 eV. 光电测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳的引入可以提高薄膜的光电响应, 面积比为0.10时, 可见光下0 V时薄膜的光电流密度为0.069 μA·cm-2; 但碳和钛的面积比增加到0.16时, 测得的薄膜光电响应异常.     

Au掺杂对TiO_2薄膜表面态及电荷传输性能的影响

采用两步法合成了不同Au掺杂量的TiO_2薄膜材料,并通过循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)探究了不同Au掺杂量TiO_2薄膜的表面态数量及其在禁带中的分布情况.借助强度调制光电流/电压谱(IMPS/IMVS)研究了薄膜内电子传输时间和寿命及界面电荷转移性能等.结果表明,适量Au(摩尔分数0.2%)的掺入可有效降低薄膜的表面态数量,优化表面态分布情况,提高电子在TiO_2/染料/电解质界面的电阻,从而改善电子的传输性能,提升太阳电池的光电转换效率.     

纳米结构TiO2/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物复合膜电极光电化学性能

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/3-甲基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCMT)膜电极和ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极的光电转换性质.结果表明,CTCMT膜为p型半导体,禁带宽度为2.36eV,价带位置为-5.52eV.在ITO/TiO₂/CTCMT复合膜电极中存在p-n异质结,在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离.CTCMT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强,光电流起始波长红移至600nm以上,使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.     

石墨烯氧化物薄膜电极的光电化学特性

采用浸渍-提拉法制备了一系列石墨烯氧化物(GO)薄膜,并通过X射线衍射(XRD),扫描电镜(SEM),傅里叶变换红外光谱,紫外-可见吸收光谱和光电化学测量等技术对样品进行了表征.在GO电极上观察到阴极光电流,且光电流密度受薄膜的厚度影响.GO薄膜电极厚度为27nm时,光电流密度为0.25μA·cm-2.此外,GO电极的光电响应还受紫外光照影响,随着紫外光照时间的延长,阴极光电流逐渐减小.该工作提供了简便的通过控制薄膜厚度或紫外光照时间来控制GO薄膜半导体光电化学性能的方法.     

纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩多孔膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/聚3-己基噻吩(ITO/ P3HT)膜和纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩(TiO2/P3HT)复合膜的光电转换性质. 结果表明, P3HT膜的禁带宽度为1.89 eV, 价带位置为－5.4 eV. 在ITO/TiO2/ P3HT复合膜电极中存在p-n异质结, 在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离. P3HT修饰ITO/TiO2电极可使光电流发生明显的红移, 从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率.     

生物质C-N-P自掺杂TiO_2的合成及其对亚甲基兰的光催化降解活性

采用溶胶-超声辐照技术同步合成了生物质C-N-P自掺杂TiO_2复合催化剂,通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis-DRS)及光致发光光谱(PL)对样品进行了表征.以亚甲基兰(MB)为目标污染物,研究了C-N-P共掺杂TiO_2的可见光光催化性能.实验结果表明,在可见光照射下,光催化反应时间为2 h时,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂对亚甲基兰的降解效率最高可达9 8.5%;相比纯TiO_2,C-N-P共掺杂TiO_2复合催化剂的比表面积增大,吸收边带红移,禁带宽度减小,相变温度升高,光生载流子复合率降低.     

USP制备高光电活性Ti掺杂Fe2O3薄膜

本文报道了采用超声喷雾裂解法(USP)法制备α-Fe2O3以及不同厚度的Ti掺杂α-Fe2O3薄膜,并通过XRD、XPS、SEM、IPCE表征了合成的薄膜。XRD测试结果表明,Ti掺杂和纯相Fe2O3均为α相并在(110)晶面优先生长;从AFM图中看出Fe2O3晶粒呈尖峰状垂直于平面排列;由XPS分析得知Ti离子在Fe2O3薄膜中以Ti4+和Ti3+两个价态存在;由光电效率表征可知,吸收光电转换效率(APCE)值是随着样品薄膜厚度增加而减小,在厚度为20nm时APCE为58%,对于粉末Fe2O3光催化材料是粒径尺寸越小光利用率越高;然而Fe2O3薄膜的IPCE值在厚度为60nm时最高达到23.5%,此时光利用效率最大。     

退火温度对TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜光电性能的影响

采用水热法在FTO上制备(001)高活性晶面主导的TiO_2纳米片薄膜,利用循环伏安法在TiO_2纳米片薄膜上沉积CdSe颗粒,制备了TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜。分别在150、250、350、450℃,氩气保护气氛中对样品进行退火。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、X射线光电子能谱分析仪(XPS)、紫外-可见(UV-Vis)分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的微观形貌、晶体结构、光电化学性能进行表征和测试。结果表明:六方相CdSe纳米颗粒均匀包覆在TiO_2纳米片表面,直径30 nm左右;随着退火温度的升高CdSe纳米颗粒长大,形成光滑的CdSe薄膜,且晶化程度提高;TiO_2纳米片表面的Se元素与Cd元素发生氧化;TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜对可见光的吸收光谱发生红移,禁带宽度逐渐减小。光电化学性能测试表明随着退火温度的升高,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的光电流密度显著提高,开路电压减小,但由于SeO_2和CdO的出现,导致填充因子减小,影响光电转换效率的提高。在本实验条件下,TiO_2/CdSe纳米片异质结薄膜的最佳退火温度为150℃,填充因子为0.77,光电转换效率达到3.12%。     

3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物修饰纳米结构TiO2薄膜电极的光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了铟锡导电玻璃(ITO)/3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCHT)膜电极以及ITO/TiO₂/3-己基噻吩和2-噻吩甲酸共聚物(CTCHT)复合膜电极的光电转换性质. 结果表明, CTCHT膜为p-型半导体, 禁带宽度为2.44 eV, 价带位置为－5.73 eV. 研究表明在ITO/TiO₂/CTCHT复合膜电极中存在p-n异质结, p-n异质结的存在能够使光生电子和空穴有效的分离, 有效地降低了电荷的反向复合几率, 提高了光电转换效率, CTCHT膜修饰ITO/TiO₂电极可使光电流增强, 使宽禁带半导体电极的光电转换效率得到改善.     

基于铝离子掺杂二氧化钛薄膜的染料敏化太阳能电池的光电性能

采用水热法制备出Al3+掺杂二氧化钛薄膜,通过玻璃棒涂于导电玻璃上,在450°C的温度下烧结并将其用N3染料敏化制成染料敏化太阳能电池(DSSCs).通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及DSSCs测试系统对其进行了测试表征,研究了Al3+掺杂对TiO2晶型及染料敏化太阳能电池的光电性能影响.XPS数据显示Al3+成功掺杂到了TiO2晶格内,由于Al3+的存在,对半导体内电子和空穴的捕获及阻止电子/空穴对的复合发挥重要作用.莫特-肖特基曲线显示掺杂Al3+后二氧化钛平带电位发生正移,并导致电子从染料注入到TiO2的驱动力提高.DSSCs系统测试结果表明,Al3+掺杂的TiO2薄膜光电效率达到6.48%,相对于无掺杂的纯二氧化钛薄膜光电效率(5.58%),其光电效率提高了16.1%,短路光电流密度从16.5mA·cm-2提高到18.2mA·cm-2.     

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜, 将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理, 形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜. 通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析, 研究了铁、氮掺杂浓度, 热处理温度, 膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响. 结果表明, Fe/N-TiO2(0.5%Fe, 摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能, 在可见光下优势尤为明显. 铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率, 氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收, 两种效应相互结合, 共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

Mo掺杂对纳米TiO2结构和活性的影响

利用Mo6 的掺杂在TiO2中引入缺陷,从而扩大TiO2催化剂的光谱响应范围。运用UV-Vis、XRD、XPS、TG-DTA等测试技术考察了钼离子掺杂浓度对于TiO2光催化剂吸收光谱范围、晶型、晶胞和晶粒的影响,分析了钼进入TiO2品格的方式、价态和掺杂催化剂在热处理过程中发生的物理和化学变化。以亚甲蓝溶液的光催化降解为模型反应,考察了掺杂量对这种新型光催化剂的光催化活性的影响。结果表明,Mo6 可进入TiO2晶格中形成杂质缺陷,引起TiO2品格膨胀,Mo6 的掺杂量影响TiO2晶粒尺寸和晶相转化。Mo6 掺杂的质量分数为4．5％时,样品的吸收带边可达460 nm,对40 mg/L亚甲蓝反应2 h的降解率为58．3％,矿化率为52．5%。而Mo6 的掺杂质量分数为3．0％和6．0％时,形成的TiO2晶粒尺寸较小,TiO2晶粒中锐钛矿相与金红石相的比例接近4:1时,对亚甲蓝降解率分别为56．6％和52．0％,矿化率分别为49．2％和44．2％。     

退火温度对CdSe纳米薄膜的形成及光电性能影响

在室温下,采用循环伏安法在ITO上沉积CdSe纳米薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外-可见(UV-VIS)分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的CdSe纳米薄膜的晶体结构、形貌、光学性能、光电化学性能进行表征和测试。结果表明,退火温度对CdSe纳米薄膜的形貌和性能起到关键性作用。薄膜表面平整、厚度均匀,且由呈纳米颗粒状的立方相CdSe构成;经退火后,CdSe纳米颗粒出现不同程度的长大现象,Se含量随退火温度的升高而减少。紫外-可见吸收光谱表明随着退火温度的升高,CdSe纳米薄膜对可见光的吸收发生红移,表明禁带宽度逐渐减小,表现出量子尺寸效应。通过光电流测试表明随着退火温度的升高,CdSe薄膜的光电响应效应显著提高。     

退火温度对CdSe纳米薄膜的形成及光电性能影响

在室温下,采用循环伏安法在ITO上沉积CdSe纳米薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电镜(FESEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线光电子能谱分析(XPS)、紫外-可见(UV-VIS)分光光度计以及电化学工作站对不同温度退火后的CdSe纳米薄膜的晶体结构、形貌、光学性能、光电化学性能进行表征和测试。结果表明,退火温度对CdSe纳米薄膜的形貌和性能起到关键性作用。薄膜表面平整、厚度均匀,且由呈纳米颗粒状的立方相CdSe构成;经退火后,CdSe纳米颗粒出现不同程度的长大现象,Se含量随退火温度的升高而减少。紫外-可见吸收光谱表明随着退火温度的升高,CdSe纳米薄膜对可见光的吸收发生红移,表明禁带宽度逐渐减小,表现出量子尺寸效应。通过光电流测试表明随着退火温度的升高,CdSe薄膜的光电响应效应显著提高。     

锰离子控制掺杂二氧化钛薄膜光催化活性增强的机理探讨

采用溶胶-凝胶法通过工艺控制制备了锰离子以不同形式掺杂TiO₂的光催化剂薄膜,并通过XPS和SEM对薄膜的结构进行表征.通过UV-Vis分光光度计及电化学工作站表征了薄膜的光吸收性能和光电化学性能,通过甲基橙溶液的光催化降解脱色率来表征催化剂薄膜的光催化活性.结果表明,以锰离子MT掺杂方式制备的TiO₂薄膜可明显增强TiO₂的光催化活性,而以MM掺杂方式制备的TiO₂薄膜反而降低了TiO₂的光催化活性;锰离子MT掺杂方式的最佳掺杂质量分数为0.8%.催化剂薄膜的电化学行为显示,薄膜具有p-n结的电容-电压特性,锰离子MT掺杂TiO₂薄膜的开路电位和瞬时光电流信号较强,说明其光生载流子易于生成并且分离效果较好.依据半导体的p-n结原理探讨了锰离子控制掺杂TiO₂的光催化活性机理.     

The effect of group IIIA metal ion dopants on the photocatalytic activities of nanocrystalline Sr0.25H1.5Ta2O6·H2O

A series of group IIIA metal ion electron acceptors doped into Sr(0.25)H(1.5)Ta(2)O(6)·H(2)O (HST) samples have been prepared by an impregnation and calcination method for the first time. The samples are characterized by XRD, TEM, DRS and XPS. The variations in the electronic structure and photoelectric response after metal ion doping are investigated by theoretical calculations and photocurrent experiments, respectively. Results show that the metal ions can be efficiently incorporated into the HST crystal structure, which is reflected in the lattice contraction. Meanwhile, the photoabsorption edges of the metal-doped HST samples are red shifted to a longer wavelength. Taking into account the ionic radii and electronegativities of the dopants, as well as the XRD and XPS results, it is concluded that Ta(5+) ions may be partially substituted by the Al(3+) and Ga(3+) ions in the framework, while In(3+) ions are the favourable substitutes for Sr(2+) sites in the cavity. The first-principles DFT calculations confirm that the variation of the band structure is sensitive to the type of group IIIA metal ion. Introducing the dopant only at the Ta site induces an obvious variation in the band structure and the band gap becomes narrow. Meanwhile, an 'extra step' appeared in the band gap, which can trap photogenerated electrons from the valance band (VB) and could enhance the charge mobility and the photocurrent. For the photocatalytic degradation of methyl orange in an aqueous solution and in benzene in the gas phase, the doped samples show superior photocatalytic activities compared with both undoped samples and TiO(2). The enhanced photocatalytic activities can be well explained by their electronic structure, photoabsorption performance, photoelectric response, and the concentration of the active species. Due to the fact that Ga ion doping can create an acceptor impurity level and change the electronic band, efficiently narrowing the band gap, the Ga-doped sample shows the highest photocatalytic activity.     

电沉积法制备介孔TiO_2/CdS薄膜光电极

采用阴极恒电位沉积法,在介孔TiO2薄膜上制备了介孔TiO2/CdS薄膜光电极,用XRD,SEM,Raman,SPS和UV-Vis等多种手段对薄膜电极进行了表征.结果表明,CdS成功沉积到介孔TiO2的表面和孔道内,形成了异质结结构.通过光电流作用谱考察了该复合体薄膜电极的光电性能,结果表明,与单纯的介孔TiO2薄膜相比,其光电转换效率显著提高,这是由于CdS具有吸收可见光的特性以及CdS与介孔TiO2形成异质结从而使得光生载流子更容易分离的结果.     

Sb掺杂纳米TiO2光催化剂的晶体结构与光催化性能

Nanoscale Sb doped titanium dioxide thin films photocatalyst (Ti1-xSbO2) were obtained from dip-coating sol-gel method. The influence of dopant Sb density on the crystal structure and the phase transformation of the thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectra. The results of XRD showed that as-prepared films were not only in anatase state but also in brookite. The crystalline size was estimated to be around 13.3-20 nm. Raman spectra indicated there coexisted other phases and a transformation from brookite to anatase in the samples doped with 0.2% Sb. After doping a proper amount of Sb, the crystallization rate and the content of the anatase Ti1?xSbO2 in the thin films was clearly enhanced because Sb replaced part of the Ti of TiO2 in the thin films. The anode current density (photocurrent density) and the first order reaction speed constant (k) of thin films doped with 0.2% Sb reached 42.49 1A/cm2 and 0.171 h/cm2 under 254 nm UV illumination, respectively, which is about 11 times and 2 times that of the non-doped TiO2 anode prepared by the same method respectively.     

Influence of Ga dopant on photoelectrochemical characteristic of Ga‐doped ZnO thin films deposited by sol–gel spin‐coating technique

In this study, Ga‐doped ZnO thin films were prepared using sol–gel technique via spin‐coating method. The effect of Ga‐doping dopant (0, 1, 2 and 3 at.%) on microstructural, optical, electrical and photoelectrochemical (PEC) characteristics have been investigated. The spin‐coating was repeated six times, and as‐obtained thin films were then annealed at 500 °C for 1 h in vacuum. After annealing, all samples revealed single phase of hexagonal ZnO polycrystalline structure with a main peak of (002) in X‐ray diffraction (XRD) pattern. Raman spectra show that the vibration strength of E₂ is highly decreased by Ga doping. Thicknesses of all samples were ~300 nm measured via scanning electron microscopy (SEM) cross‐section images and alpha‐step. The optical band gap and resistivity of samples were in the range of 3.24 to 3.28 eV and 102 to 9 Ohm cm, respectively. Resulting from PEC response, the 2 at.% Ga‐doped ZnO thin film has a better PEC performance with photocurrent density of ~0.14 mA/cm² at 0.5 V versus saturated calomel electrode (SCE) under illumination with the intensity of 100 mW/cm². This value was about seven times higher than the un‐doped film (reference sample). Observed higher photocurrent density was likely because of a suitable Ga‐doping concentration causing a lower resistivity. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.