形貌可控及光学吸收性能可调的钙钛矿型SrTiO3纳米结构的原位生长

钙钛矿相SrTiO₃在太阳能电池、光催化、燃料电池, 超导等领域均有广泛应用, 这些应用均与其晶体质量、形貌、暴露晶面和光学吸收等特性息息相关。本文通过微弧氧化-水热两步法原位制备了两种典型形貌的SrTiO₃纳米晶。结果表明, 随着微弧氧化电解液锶源浓度的降低, SrTiO₃形貌从立方块状转变为超薄片状。进一步分析表明, 所得的SrTiO₃立方块和Sr_1-δTiO₃纳米片均为结晶质量良好的单晶体, 通过分析两种形貌样品的紫外-可见漫反射光谱, 发现Sr_1-δTiO₃纳米片相对于SrTiO₃立方块, 具有明显的尺寸效应诱导的光学吸收蓝移特性。最后, 本研究提出了SrTiO₃的原位生长及形貌演变机制。     

SrTiO_3/TiO_2复合薄膜的制备及其光电性能研究

采用电化学-水热技术,以Sr(OH)_2为锶源,TiO_2纳米管阵列为钛源,制备了SrTiO_3/TiO_2阵列复合薄膜,考察了水热时间对薄膜的组成、结构和光电性能的影响。结果表明,水热2h可以得到结晶度高、具有良好光吸收性能和光电转换性能的SrTiO_3/TiO_2复合薄膜,其光电流密度高达55μA/cm~2,是纯TiO_2纳米管阵列膜的2.5倍。     

纳米TiO_2添加剂对ZL101A铝合金微弧氧化膜耐蚀性能的影响

目前,关于纳米TiO_2含量对铝合金微弧氧化膜耐蚀性的影响报道较少。在硅酸盐电解液中加入不同浓度纳米TiO_2,在ZL101A铝合金表面制备微弧氧化膜。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、电化学极化曲线及交流阻抗等,研究了纳米TiO_2浓度对微弧氧化膜耐蚀性能的影响。结果表明:纳米TiO_2进入到微弧氧化膜中,膜层表面变得更加致密;随着纳米TiO_2浓度的增加,膜层在3.5%Na Cl溶液中的腐蚀电流密度不断减小,交流阻抗不断增大,膜层的耐蚀性明显提高;综合考虑形貌和耐蚀性,本工作中纳米TiO_2最佳浓度为20 g/L。     

Pt纳米颗粒负载SrTiO3/TiO2异质结结构制备及制氢性能

本文以固定n(Sr)/n(Ti)摩尔比0.4的SrTiO_3/TiO_2(金红石相)异质结纳米颗粒,通过"光催化还原沉积方法"制备不同质量分数的纳米铂颗粒(0、1%、2%、5%),探究其催化活性的变化,采用XRD、SEM、UV-vis、XPS方法对其进行表征,并做了相关光催化分解水产氢性能测试.结果表明:负载贵金属Pt纳米颗粒量越大,对应的Pt晶粒平均尺寸为40.8 nm,1%Pt纳米颗粒SrTiO_3/TiO_2异质结构的BET比表面积在23.195 m~2/g处最高,并且介孔材料的特征是平均Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔径为13.60 nm,总孔体积为0.079 cm~3/g;高BET表面积和大的总孔体积强烈地支持SrTiO_3/TiO_2具有介孔结构的事实;相应的催化剂催化活性越高,其中负载5%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化8 h产氢量为3.574 mmol,平均产氢效率为0.447 mmol/(gcat·h),但从性价比的角度来考虑,其催化效率远不及负载1%Pt纳米颗粒的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒催化效率的5倍,因此负载5%Pt的SrTiO_3/TiO_2纳米颗粒光催化效率最高.     

镁合金表面微弧氧化陶瓷涂层的制备及耐蚀性能

利用微弧氧化法,在微弧氧化反应电解质中加入氟钛酸钾和GR/TiO_2粉末,在镁合金表面制备了MAO-GR/TiO_2涂层。采用SEM和FT-IR分别对GR/TiO_2粉末的表面形貌和结构进行了研究,用SEM、XRD和元素线扫描对MAO-GR/TiO_2涂层的表面形貌、相结构和元素分布进行了研究,用三电极技术对MAO-GR/TiO_2涂层的耐腐蚀性能进行了研究。结果表明,通过溶胶-凝胶法可将纳米TiO_2接枝到GO表面,生成GR/TiO_2粉末;MAO-GR/TiO_2涂层主要由Mg_2TiO_4相、Mg_3(PO4)_2相、Mg和MgO相组成;以界面为分界线,涂层一侧Ti、P和O元素高于基体一侧,基体一侧Mg元素高于涂层一侧;MAO-GR/TiO_2涂层的腐蚀电位为-0.723 V,腐蚀电流密度为8.96×10~(-8) A/cm~2,相比镁合金基体和MAO涂层,腐蚀电位提高了48.3%和36.7%,表明MAO-GR/TiO_2涂层可以显著提高镁合金基体的耐蚀性能。     

微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金显微结构、耐磨性和耐蚀性的影响

在铝酸盐电解液中对多孔Ti-15Mo合金进行微弧氧化表面改性。利用SEM和XRD研究多孔合金微弧氧化涂层的显微结构和相组成。采用显微硬度计、动电位极化曲线和球-盘摩擦磨损仪分析微弧氧化处理对多孔Ti-15Mo合金硬度、耐蚀性和耐磨性的影响。结果表明,微弧氧化处理未改变多孔Ti-15Mo合金原有的孔隙率和孔径,在合金表面和孔隙内壁呈现典型的粗糙多孔微弧氧化形貌。微弧氧化涂层主要由金红石TiO_2和Al_2TiO_5相组成。经微弧氧化处理后,多孔Ti-15Mo合金的表面显微硬度提高了32%,摩擦系数降低了近50%,磨损率大幅度下降,磨损机制由磨粒磨损转变为粘着磨损。微弧氧化处理后多孔Ti-15Mo合金的耐蚀性较基体提高了近1个数量级,微弧氧化陶瓷涂层的保护效率高达90.78%。     

纯钛表面载银微弧氧化陶瓷膜的制备及性能

将微弧氧化和水热处理相结合,在纯钛表面制备载银微弧氧化陶瓷膜,改善其润湿性及耐蚀性,并赋予抗菌性。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对微弧氧化陶瓷膜层进行表征,通过接触角测试评价膜层亲水性,采用电化学测试对膜层耐蚀性进行评价,抗菌性实验分析膜层抗菌性。结果表明:载银微弧氧化陶瓷膜的表面形貌仍为火山多孔结构,纳米级Ag颗粒均匀分布在微孔周围。载银微弧氧化陶瓷膜的表面主要为TiO_2和纳米Ag颗粒。载银微弧氧化陶瓷膜的亲水性比纯钛的亲水性高77.0%,比微弧氧化陶瓷膜的高68.2%。与纯钛相比,载银微弧氧化陶瓷膜的自腐蚀电位提高了0.44 V,与微弧氧化相比增加了0.31 V。微弧氧化陶瓷膜的抗菌率为32.2%,载银微弧氧化陶瓷膜的抗菌率大于99.9%。     

欠氧态二氧化钛纳米片阵列膜的制备及光催化性能研究

将水热法制备的TiO_2纳米片阵列膜,在50℃下经硼氢化钠(NaBH_4)溶液液相还原后成功制得具有可调氧空位掺杂浓度的欠氧态TiO_2纳米片阵列膜,并将其用作光催化剂降解甲基橙溶液(MO),考察样品的光催化增强性能。结果表明,与纯的TiO_2纳米片阵列膜相比,欠氧态TiO_2纳米片阵列膜的光催化活性显著提高,其最佳光降解MO溶液的速率为0.6 h~(-1),比纯的TiO_2纳米片阵列膜在相同条件下的光降解速率高约1.5倍。分析认为,这种欠氧态TiO_2纳米片阵列膜光催化活性的显著增强,应归因于TiO_2纳米片阵列膜取向的片状分布式形貌和恰当的氧空位浓度二者的协同效应,前者可有效增加样品光催化反应的氧化还原位点,后者可明显拓宽其光吸收范围和提高光生载流子的传导性。     

单壁碳纳米管作支撑的杂化金纳米催化剂比TiO_2和炭黑具有更优氧化芳香醇的性能（英文）

采用原位还原技术制备出以单壁碳纳米管、炭黑(P90)和TiO_2为支撑的3种金纳米复合材料,并通过多种表征手段来探讨物理性能。再将他们作为1-苯基乙醇、2-苯基乙醇和苯甲醇的绿色需氧氧化杂化催化剂来测试稳定性。在所有反应中,与P90和TiO_2相比,以单壁碳纳米管作支撑的金纳米杂化催化剂呈现出最优的反应效率和特异性。这些金纳米杂化催化剂经多次反应循环后反应活性衰减很小,从而能被重复使用。同时探讨了金纳米杂化催化剂活性高的原因,包括颗粒形貌、尺寸和支撑体性能。可以推断,基底上功能团迁移的位置、支撑材料的性质和活性金纳米颗粒相的颗粒尺寸分布均有助于使这些催化剂在反应中显示出高的选择性。     

原位热硫化法制备Cu_3SnS_4纳米薄膜及其光学性质

采用化学水浴法(CBD)制备了Cu_3Sn纳米薄膜,通过原位热硫化法制备了Cu_3SnS_4纳米薄膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)与X射线能谱仪(EDS)分析了样品的组成、结构与形貌。采用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)测试了Cu_3SnS_4样品的光学性质。结果表明,样品物相纯净、形貌均一,Cu3Sn纳米薄膜由球形纳米颗粒组成,Cu_3SnS_4纳米薄膜由片状纳米颗粒组成,Cu_3SnS_4薄膜样品在紫外-可见光区有良好的吸收性质,其光学带隙为1.70eV,适合作为太阳能电池吸收层。     

AZ91D镁合金表面原位合成TiO_2陶瓷层及其性能的研究

采用磁控溅射-微弧氧化复合处理技术,在AZ91D镁合金表面原位合成TiO_2陶瓷层。利用扫描电镜、X射线衍射的方法分析了陶瓷层的形貌特征及物相构成。通过电化学测试、摩擦磨损实验分别研究了陶瓷层的耐蚀性能和耐磨性能。结果表明:陶瓷层表面分布着微米级的微孔,随着氧化时间的延长,微孔的孔径逐渐增大而数量逐渐减少。从截面形貌上可以看出,纯钛膜层的厚度大约为5μm,TiO_2陶瓷层由内层致密层和外层疏松层组成,并且厚度随着氧化时间的延长而增加。陶瓷层主要有金红石型TiO_2相、锐钛矿型TiO_2相及Mg_2SiO_4相构成。TiO_2陶瓷层的自腐蚀电位比基体提高了299 mv,腐蚀电流降低了2个数量级。此外,陶瓷层表现出了一定的减摩作用,综合性能显著提高。     

SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的组织结构及性能

采用微弧氧化技术对SiC体积分数分别为17vol%和55vol%的两种SiCp/Al复合材料进行处理。分析了两种材料微弧氧化膜的组织、形貌、相组成,测定了膜层的粗糙度、显微硬度、结合力,考察了膜层的耐磨和耐蚀性。结果表明:SiC的含量对SiCp/Al复合材料微弧氧化膜的表面形貌、粗糙度、相组成、结合力及摩擦磨损性能均有影响。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜较55vol%SiCp/6061Al复合材料更平整,微孔大小更均匀。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜的粗糙度(3.308 μm)比17vol%SiCp/2009Al复合材料(2.140 μm)大,表面熔融物堆积更多。两种材料的微弧氧化膜中均含有Al、Si、O、C、W等元素。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜中Mullite(SiO₂-Al₂O₃)相、α-Al₂O₃相、β-Al₂O₃相较多。17vol%SiCp/2009Al复合材料的微弧氧化膜的结合(38.55 N)较55vol%SiCp/6061Al(11.5 N)复合材料好。55vol%SiCp/6061Al复合材料的微弧氧化膜摩擦系数较大,磨损较严重。微弧氧化处理能有效改善两种SiCp/Al复合材料的耐蚀性。      

铝合金表面微弧氧化纳米SiO2复合涂层的元素及物相分析

为提高微弧氧化层性能,通过向微弧氧化电解液中添加纳米SiO2颗粒,在7A52铝合金表面制备了纳米SiO2复合微弧氧化层.利用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪表征了纳米SiO2复合微弧氧化层的微观组织、元素分布特征及物相组成.研究表明:纳米SiO2颗粒与微弧氧化层复合生长到一起,在微弧氧化层中大致均匀分布;纳米SiO2在微弧氧化层中主要以无定形态存在,同时SiO2与微弧氧化层主体成分Al2O3发生相变反应,生成新物相-莫来石.     

改进的二次阳极氧化法制备表面平整的TiO_2纳米管阵列

在钛基体上采用改进的二次阳极氧化法制得了结构规整均匀有序的TiO_2纳米管阵列。利用FESEM、XRD等对产品的微观形貌和结构晶型进行了表征和分析,通过光催化降解甲基橙评价了TiO_2纳米管阵列的光催化活性。研究结果表明,改进的二次阳极氧化法制备的TiO_2纳米管阵列克服了常规二次阳极氧化法制备的纳米管两次氧化的纳米孔道不重合的缺陷,制备出大面积表面平整的TiO_2纳米管阵列。     

偏锡酸锌纳米材料的制备及其HCHO气敏性研究

采用水热法在不同条件下制得3种不同形貌的纳米偏锡酸锌(ZnSnO3)。通过XRD、SEM等分别对偏锡酸锌的晶体结构、微观形貌等进行表征,结果表明:160℃、15h水热条件下制得了全立方形纳米偏锡酸锌;180℃、15h水热条件下制得的纳米偏锡酸锌为立方-松枝混合形貌;而180℃、24h水热条件下得到偏锡酸锌全为片状,片厚约15nm。采用传统旁热式结构对上述3种纳米偏锡酸锌进行HCHO的敏感性能研究,结果发现3种形貌的偏锡酸锌对甲醛都表现出良好的气敏特性,其中片状偏锡酸锌的甲醛气敏特性最优异,工作温度300℃时对1×10-6甲醛有较好的响应。     

壁材掺杂纳米TiO2的正十四醇相变微胶囊的制备及性能研究

以纳米二氧化钛(TiO_2)粒子改性的三聚氰胺-尿素-甲醛树脂为壁材,以正十四醇为芯材,采用原位聚合法制备了纳米TiO_2改性的相变微胶囊。研究了乳化剂浓度以及纳米TiO_2的添加量对微胶囊性能的影响,采用红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度分布仪、差示扫描量热仪、热重分析仪分别对微胶囊的化学结构、表面形貌、粒径分布及热性能进行了表征。结果表明,所制微胶囊的体积粒径58.2～83.6μm,受乳化剂浓度影响较大,当壁材中加入适量的纳米TiO_2的添加量小于5%(wt,质量分数)条件下,微胶囊呈球形且表面光滑,随着TiO_2添加量的增加,改性微胶囊的相变潜热、芯含量及热稳定性均呈先增加后降低态势,在TiO_2添加量为3%(wt,质量分数)条件下,纳米TiO_2改性相变微胶囊的熔融潜热达最大值151.5J/g,微胶囊芯含量为69.9%,微胶囊的热稳定性也明显提高。     

镁合金微弧氧化电解液中纳米SiC添加量对膜组织结构和摩擦磨损性能的影响

为了改善镁合金微弧氧化膜的性能,在Na₂SiO₃-NaAlO₂复合电解液中添加不同含量的纳米SiC对AM50镁合金进行微弧氧化。利用膜层测厚仪、共聚焦激光显微镜（CLSM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪分别研究膜的厚度、表面粗糙度、微观形貌和元素分布,采用摩擦磨损试验机对镁合金微弧氧化前后的干滑动磨损行为进行了研究,测量摩擦系数和磨损速率,运用SEM和CLSM对磨损后的形貌进行观察,并用能谱仪分析成分。结果表明:随电解液中纳米SiC含量的增加,微弧氧化膜的厚度和表面粗糙度均增大,颜色加深,膜层的摩擦系数和磨损速率均呈现先减小后增大的趋势;当SiC含量为6g/L时氧化膜的摩擦系数最小、磨损速率最低,耐磨性能较好。     

铝合金表面陶瓷层耐磨性能

利用微弧氧化技术在LY12铝合金表面原位生长陶瓷层，实验中电解液由5g／LNaOH、10g／LNaSiO3和5gm（NaPO3）6组成，并加入适量催化剂KOH和十二烷基苯磺酸钠。用SEM、XRD分析了微弧氧化陶瓷层的表面形貌和相结构，利用WTM-1型球-盘磨损实验机对铝合金表面陶瓷层的耐磨性能进行了研究。结果表明：铝合金在电流密度7A／dm^2、电解液的温度20～40℃、处理时间20min条件下，铝合金表面可以原位形成均匀致密的陶瓷改性层。微弧氧化处理后的试样在干摩擦小滑动距离下表现出良好的耐磨性能。     

纳米Al_2O_3掺杂对AM60B镁合金表面微弧氧化膜层结构和耐蚀性的影响

为促进大面积镁合金表面耐蚀性能优良的微弧氧化膜层的工业化生产,在硅酸盐水溶液中掺杂纳米Al_2O_3颗粒对AM60B镁合金进行微弧氧化;采用扫描电镜、X射线衍射仪及盐雾试验分析了掺杂纳米Al_2O_3颗粒对氧化膜层的形成过程、形貌、成分以及耐蚀性的影响。结果表明:掺杂纳米Al_2O_3微弧氧化膜物相组成主要有MgO、MgAl_2O_4、Mg_2Si_2O_4、Al_2O_3,纳米Al_2O_3的掺杂能提高氧化膜的密度,促进薄膜生长,使表面孔隙分布更均匀,尺寸更小;掺杂纳米Al_2O_3氧化膜的耐蚀性较未掺杂氧化膜的大幅提高。     

纳米棒状Ag3PO4/TiO2异质结复合材料的可见光催化性能

采用水热法制备了一维棒状TiO_2纳米材料,再通过原位生长法合成了棒状纳米Ag_3PO_4/TiO_2复合材料,制备了不同摩尔量的纳米棒状Ag_3PO_4/TiO_2异质结复合材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、漫反射紫外-可见近红外光谱仪(UV-Vis-DRS)和电化学阻抗谱(EIS)对纳米棒状Ag_3PO_4/TiO_2异质结复合材料的晶体结构、形貌、光吸收特性和电子复合情况等进行了表征,并在可见光照射下研究了甲基橙和苯酚的光降解率。结果表明:制备的纳米棒状TiO_2具有更大的比表面积,为纳米Ag_3PO_4的负载提供更多的活性位点,提高了光利用效率;Ag_3PO_4/TiO_2复合材料有异质结的形成,其内建电场可有效提高电子-空穴对的分离效率,进而提高材料的光催化性能和稳定性。