Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

TiO₂ 纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对 TNAs 改性后制备了 Au 负载 N 掺杂 TiO₂ 纳米管阵列(Au@ N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物, 进一步分析了 Au@ N-TNAs 在不同 Au 负载量时光降解效率的变化情况。 采用 SEM、XRD、TEM 和 X 射线光电子能谱 (XPS)等对 Au 和 N 在 Au@ N-TNAs 中的存在形式进行表征和分析,发现 Au 主要是负载在 TiO₂ 纳米管阵列上,而 N 元素则是以掺杂的方式进入 TiO₂ 纳米管阵列的晶格中。 此外,在光降解试验中发现通过 Au 负载与 N 掺杂相结合的方法对 TiO₂ 纳米管阵列进行复合改性后,TiO₂ 纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中 20s-Au@ N-TNAs 具有最佳的光降解效率。 但 Ti-N 薄膜中间的 Au 层太厚时会影响阳极氧化过程中 TiO₂ 纳米管阵列的生长,而且过量的 Au 在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的 TiO₂ 纳米管阵列(40s-Au@ N-TNAs)的光催化效率明显降低。     

水热制备TiO2纳米管及其光催化性能

本文利用TiO₂粉体在高浓度NaOH溶液中水热反应制备TiO₂纳米管,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),紫外可见分光光度计(UV-Vis)考察了NaOH浓度、水热反应温度、水热反应时间等因素对TiO₂纳米管结构和性能的影响。结果表明：当NaOH浓度为10mol/L,水热反应温度为160℃,水热反应时间20h时,所制备的TiO₂纳米管显示出较高的光催化活性,经紫外光照30min后,对甲基橙(MO)的降解率可达75.48%。     

SnO2@TiO2核-壳纳米线的制备及其光催化性能研究

本文通过固-液-气(VLS)生长机制,利用化学气相沉积法(CVD)制备SnO₂纳米线。利用原子层沉积(ALD)以钛酸四异丙酯为前驱体在SnO₂纳米线表面沉积不同厚度的TiO₂壳层,形成SnO₂@TiO₂核-壳纳米线结构。通过中间Al₂O₃插层,分别制备出金红石和锐钛矿两种不同晶型的TiO₂,从而制备出两种不同复合结构的SnO₂@TiO₂核-壳纳米线。实验研究该复合结构中TiO₂的厚度与晶型对紫外光下光催化降解甲基橙溶液活性的影响。     

MSM结构TiO2基紫外探测器的制备及光电特性研究

采用RF磁控溅射技术在石英衬底上生长了厚度可调的锐钛矿相TiO₂薄膜,继而采用光刻技术在薄膜上生长了Ag叉指电极,获得了MSM结构TiO₂基紫外探测器。I-V特性测试结果表明Ag与TiO₂之间表现出优良的欧姆接触特性,所制备探测器为欧姆接触。此外,TiO₂薄膜厚度对探测器的光电性能影响显著,当薄膜厚度达到197 nm时,光电性能达到最高。此时,光电流高出暗电流近2.5个数量级,紫外光区的响应度高出可见光区近2个数量级。所制备Ag/TiO₂MSM紫外探测器表现出高灵敏度和可见盲特性。     

反应磁控溅射法高速低温沉积锐钛矿相TiO_2薄膜的结构与光学性能

采用诱导型耦合等离子体辅助直流磁控溅射法在石英玻璃片上反应沉积TiO₂薄膜, 通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱(UV-Vis)对薄膜特性进行表征. 结果表明, 叠加诱导型耦合等离子体和局部富氧增加了等离子体的反应活性, 在金属溅射模式和低于 200 ℃的沉积条件下, 制备了高质量的锐钛矿相TiO₂薄膜; 该薄膜在550 nm处的折射率和消光系数分别为2.51 和7.8×10^-4.     

电化学法研究La-F两步共掺杂纳米TiO2的催化机理

以钛酸四丁酯、硝酸镧和氟化钠等为原料,采用原位掺杂的方式制备了La-F两步共掺杂TiO₂光催化剂。通过XRD、SEM、XPS和UV-Vis对样品进行了表征,并对样品进行了光催化性能及电化学交流阻抗的测试。结果表明所制样品均为锐钛矿型TiO₂,La-F共掺杂使TiO₂的晶格发生了较大畸变且晶粒得到了细化,两步共掺杂会加剧样品颗粒间的团聚,同时两步共掺杂也使TiO₂的吸收带边发生红移,禁带宽度降低。两步共掺杂样品中TiO₂与Lax-Fy-TiO₂之间形成的n-n异质结,由于二者费米能级不同而形成的内建电场,对半导体内部电子起到定向的迁移作用,从而有效降低光生电子-空穴的复合,提高载流子浓度。当La和F的掺杂比例分别为1.5%和10%时,两步共掺杂样品的载流子浓度为1.5×10₂₀/cm_-3,对亚甲基蓝表现出优异的可见光降解效果,120min降解率达到96%,为同等条件下纯TiO₂的2.6倍。     

堇青石表面化学气相沉积二氧化钛的负载机理及负载动力学

以酸蚀改性堇青石为基体,利用化学气相沉积法（CVD）在基体上负载TiO₂,采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、BET比表面积法等对负载了TiO₂的堇青石进行表征,测定不同温度下的负载速度。结果表明：负载了TiO₂的堇青石主要由（211）及（200）取向的锐钛矿TiO₂组成,呈八面体和立方体形态,BET比表面积达78.80 m²·g^-1,平均孔径为9.80 nm,具有双峰分布特征。负载过程为TiCl₄及O₂向堇青石基体扩散吸附,TiCl₄分解为Ti⁴⁺并在高氧势下进入基体晶格形成TiO₂晶核,并经过择优取向和外延式生长,其负载沉积速率方程为,其中T为负载温度,为气相TiCl₄的分压。     

TiO2/膨润土复合光催化材料的常温制备及性能研究

采用改进的溶胶-凝胶法,在以水为主要溶剂的反应体系中,控制钛酸四丁酯充分水解、缓慢聚合,在 常压、低温(70℃)的温和条件下制备出稳定的TiO₂纳米晶溶胶,并利用TiO₂纳米晶溶胶在膨润土表面负载,获得TiO₂/膨润土复合光催化材料。采用 X 射线衍射、扫描电镜、比表面积测定等研究手段对样品的结构形貌进行了表征,并考察了其光催化活性。结果表明：较高的水用量有利于TiO₂晶体形成,当去离子水:钛酸四丁酯摩尔比大于167:1时,在溶胶体系中出现了锐钛矿型TiO₂纳米晶体；TiO₂纳米晶主要负载于膨润土表面,并未嵌入到膨润土层间结构,但相对于单一膨润土,TiO₂负载显著提高了材料比表面积；当去离子水:钛酸四丁酯摩尔比=192:1时,在紫外光照射下,复合光催化材料表现出最高的光催化活性,对亚甲基蓝的降解率达到93.8%。     

La2O3掺杂氧化铝气凝胶的制备与耐温性能研究

以仲丁醇铝为前驱体,采用溶胶-凝胶法结合丙酮-苯胺原位生成水技术,通过乙醇超临界干燥,制备出不同含量(1.5 mol%~12 mol%)La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶。采用电子扫描电镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X线衍射仪(XRD)、N₂吸附分析仪等仪器表征了La₂O₃掺杂对氧化铝气凝胶的微结构和耐温性能的影响。结果表明：La₂O₃的引入使氧化铝气凝胶的形貌由球状颗粒向大的片状结构转变。适量的La₂O₃掺杂能提高氧化铝气凝胶的比表面积,9 mol% La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶比表面积最大。通过La₂O₃掺杂,能够抑制氧化铝晶粒在高温下的生长和α-Al₂O₃的相变,提高氧化铝气凝胶的耐温性能。1200℃热处理后,La₂O₃掺杂的氧化铝气凝胶仍维持在θ-Al₂O₃,比表面积为86.5 m₂/g,高于未掺杂的氧化铝气凝胶(46 m₂/g)。     

WO3修饰TiO2纳米管阵列制备、表征及光催化活性

利用化学浴沉积 (CBD) 结合热解工艺制备了WO₃修饰TiO₂纳米管 (WTN) 阵列, 且WTN阵列分布均匀。通过改变沉积时间可调整WTN的钨含量。利用SEM、EDX、XRD对WTN进行了表征。结果表明,阴极氧化后,TiO₂纳米管生长于钛体基体上,纳米管的内径为90~120 nm, 外径为120~160 nm,壁厚在30~60 nm范围,长约39 μm。经C. I.硫化红14的有效去除证实, 修饰TiO₂纳米管的WO₃增强了WTN光催化活性, 在可见光照射下,所制备复合膜光催化活性优于未修饰纳米管阵列 (TN)。     

反应磁控溅射法直接制备光催化纳米TiO2薄膜

通过优化直流反应磁控溅射沉积工艺,在氩气和氧气气氛中溅射高纯钛靶,在玻璃和不锈钢衬底上直接低温沉积出具有锐钛矿结构的TiO2薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和表面轮廓仪分析发现,当氧的体积分数在5%～20%之间变化时,制得的TiO2薄膜是致密的锐钛矿结构,具有典型的锐钛矿相(101)、(004)、(112)、(211)、(220)的晶面特征峰,薄膜的晶粒尺寸随着氧含量的增加逐渐减小,其生长速率最快可达到68nm/min。在紫外光的照射下分解甲基橙实验表明,所制备的薄膜具有良好的光催化分解有机物的能力。     

Fabrication, annealing, and electrocatalytic properties of platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes

The platinum nanoparticles supported on self-organized TiO2 nanotubes （Pt-TiO2/Ti） were prepared using electrochemical anodic oxidation followed by cathodic reduction. The structure and chemical nature of the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst were investigated by X-ray diffraction （XRD） and scanning electron microscopy （SEM）. Both XRD and SEM results indicate the presence of platinum on nanotubular TiO2. The stability of the Pt deposits was also investigated in 0.5 mol/L H2SO4 solution by cyclic voltammetry. The electrocatalytic activity of the Pt-TiO2/Ti catalyst exhibits enhancement effect during electro-oxidation of methanol when annealed to anatase. Successive cyclic voltam- mograms of methanol oxidation on the Pt-TiO2/Ti electrocatalyst shows unique electrocatalytic characteristics when compared to methanol oxidation on the bulk Pt catalyst. This is because of further quick oxidation of adsorbed CO by Pt （111） facets of Pt particles on self-organized TiO2 nanotubes when the formation of an electroactive film onto the working catalyst surface occurs.     

能量过滤磁控溅射技术制备Cu2O/TiO2复合薄膜及其光催化性能

目的制备具备良好光催化性能的Cu_2O/Ti O_2叠层复合薄膜。方法利用直流磁控溅射技术(DMS)和能量过滤直流磁控溅射技术(EFMS)在玻璃基底上制备Cu_2O/Ti O_2叠层复合薄膜,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、椭偏仪和光催化测试系统表征和分析了薄膜的表面形貌、结构、透射率和光催化性能。结果 DMS技术和EFMS技术制备的Ti O_2和Cu_2O薄膜都有良好的结晶特性,其中Ti O_2为单一的锐钛矿结构。相对于DMS技术制备的Cu_2O薄膜,EFMS样品中的Cu_2O薄膜的衍射峰较弱,而且衍射峰的宽度变宽,衍射曲线比较平滑。薄膜表面较平整,颗粒均匀,较细小,边界明显。DMS和EFMS两种技术制备的薄膜的平均晶粒直径分别为15.4 nm和10.8 nm。透射光谱测试结果表明,EFMS技术制备的复合薄膜平均透射率较大,在350～800 nm范围内,平均透射率为0.388,DMS薄膜的值为0.343。对罗丹明B(Rh B)的光催化降解结果表明,EFMS技术制备的薄膜的降解速率为-0.00411,大于DMS技术制备的薄膜的降解速率-0.00334。结论 EFMS技术制备的Cu_2O/Ti O_2叠层复合薄膜对罗丹明B具有较大的光催化降解速率。     

Preparation and crystalline phase of a TiO2 porous film by anodic oxidation

Anatase titanium dioxide is an active photocatalyst, but it is difficult to immobilize on the substrate. A crystalline TiO2 porous film was prepared directly on the surface of pure titanium by anodic oxidation in this work. Constant voltage and constant current anodic oxidation were adopted with sulphuric acid used as the electrolyte, pure titanium as the anode and copper as the cathode. The morphology and structure of the porous film on the substrate were analyzed with the aid of Field Emission Scanning Electron Microscopy （FESEM） and X-ray Diffraction （XRD）. The effects of the parameters of anodic oxidation （such as voltage, the concentration of sulphuric acid, anodization time and current density） on the aperture and the crystalline phase of the TiO2 porous film were systematically investigated. The results indicate that the increase of current density facilitates the augment of the aperture and the generation of anatase and mille. In addition, the forming mechanism of anatase and mille TiO2 porous films was discussed.     

阳极氧化法制备TiO_2纳米管形成机制

采用阳极氧化法在纯Ti表面制备了TiO2纳米管。根据电流-时间(I-t)曲线,结合不同阶段Ti表面的FE-SEM照片,将TiO2纳米管的形成过程分为4个阶段,即氧化膜生成阶段、氧化膜化学溶解和生成阶段、纳米管生成阶段、纳米管稳定阶段。整个过程中发生两个基本的反应,其中TiO2的生成为电化学反应过程,而TiO2的溶解为化学反应过程。通过这两步反应,完成TiO2纳米管形成的一个基本周期。循环发生这两步反应,有序的TiO2纳米管形成。TiO2纳米管成节状,结合上升的生长反应可知,每一节的形成代表上述两个反应循环发生一个周期。     

泡沫钛生长二氧化钛纳米管的制备及研究

本文主要研究了泡沫钛孔隙表面生长二氧化钛纳米管的制备方法及二氧化钛纳米管的生长机理。利用与制备多孔陶瓷类似的方式,通过高温真空烧结法,制备了多孔泡沫钛镍合金。对该泡沫合金进行了表面改性,通过阳极氧化法在多孔泡沫钛镍合金的孔隙表面生成了二氧化钛纳米管结构。借助于扫描电镜的观测和分析,对该二氧化钛纳米管的生长机理进行了表征和研究,同时考察了阳极氧化电压和时间对二氧化钛纳米管结构形貌的影响。     

镍离子掺杂TiO2涂层的制备及亲水性研究

目的 研究不同含量的镍离子掺杂对TiO2纳米涂层亲水性能的影响.方法 采用溶胶-凝胶法制备不同含量Ni2+掺杂TiO2纳米复合溶胶,通过浸渍提拉法在载玻片上成膜,经过热处理后,得到不同含量Ni2+掺杂TiO2复合涂层.通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见光分光光度计(UV-Vis)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)和表面接触角仪,对掺杂不同浓度Ni2+后TiO2的晶型、涂层微观形貌、光吸收性能、结构组成和涂层亲水性等进行表征分析,从而确定最佳Ni2+浓度的复合涂层材料配方.结果 制备的TiO2主要由锐钛矿相和少量金红石相组成,Ni掺杂抑制了锐钛矿相向金红石相的转变.随着Ni含量的增加,TiO2晶粒尺寸逐渐降低.适量掺杂Ni2+制备的TiO2纳米涂层表面形貌光滑,粒子分布致密均匀.掺杂使吸收波长阈值向长波方向偏移,禁带宽度减小,在一定程度上提高了TiO2涂层的亲水性.当Ni2+掺杂质量分数为1.5％时,TiO2涂层亲水性最佳.结论 采用溶胶-凝胶法实现了镍离子掺杂TiO2的改性,掺杂Ni2+后,Ni2+/TiO2复合涂层的亲水性能明显提高.     

Electrodeposition of photocatalytic TiO2 film on surface of alumina prepared by anodic oxidation

A new electrochemical method to prepare photocatalytic TiO2 thin film was developed, by which the TiO2 was electrodeposited on surface of alumina by AC electrolysis in solution consisting of K2 [TiO(C2O4 )2] and C2H2O4. The deposited TiO2 thin film was primarily characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electronic microscopy (SEM) and energy dispersive spectrum (EDS) methods. The photocatalytic properties of this film were also studied by the photocatalytic degradation of methyl orange. The results show that the TiO2 film electrodeposited by this method is mainly in amorphous and with a little crystalline component mixed anatase and rutile. The surface of the alumina prepared by anodic oxidation is porous and the TiO2 electrodeposited on it is scattered and incompact. TiO2 thin film fixed on the surface of alumina shows photocatalytic activity to the degradation of methyl orange.     

高折射率锐钛矿TiO2薄膜的低温直流磁控溅射制备技术

目的研究低温条件下高折射率锐钛矿结构TiO_2薄膜的制备条件及影响因素。方法用直流磁控溅射技术(DCMS)和改进的直流磁控溅射技术(能量过滤磁控溅射技术,EFMS)制备TiO_2薄膜。采用正交试验方法研究DCMS技术工艺参数对TiO_2薄膜的影响,确定了低温制备高折射率锐钛矿TiO_2的最优制备条件,在该最优制备条件下,又采用FEMS技术制备了TiO_2薄膜,并对比两种技术制备的薄膜。TiO_2薄膜的微结构用X射线衍射和Raman光谱衍射进行表征,样品的表面形貌用扫描电镜SEM进行观察,薄膜的光学特性用椭偏光谱仪测试、拟合处理得到。结果在较低的温度100℃下,利用DCMS和EFMS技术制备的TiO_2薄膜具备良好的单一锐钛矿结构。EFMS技术制备TiO_2的孔隙率为4.7%,550 nm处的折射率为2.47,平均晶粒尺寸为12.5 nm。经计算,DCMS和EFMS技术制备的TiO_2薄膜的光学带隙分别为3.08 e V和3.37 e V。结论利用DCMS技术和EFMS技术可在低温制备出锐钛矿TiO_2薄膜,EFMS技术制备的薄膜孔隙率较低,折射率较高,晶粒较均匀细小,光学带隙较大。     

Optical and Photocatalytic Properties of Cu-Cu2O/TiO2 Two-Layer Nanocomposite Films on Si Substrates

通过磁控溅射法在TiO2薄膜上生长Cu-Cu2O复合层,从而制备新型Cu-Cu2O/TiO2双层纳米复合薄膜。并采用X射线衍射（XRD）,扫描电子显微镜（SEM）,荧光光谱（PL）,X射线光电子能谱（XPS）和紫外可见漫反射光谱（DRS）等方法对膜的结构,形态和光学性能进行了研究。X射线衍射谱表明,Cu-Cu2O混合物层和Cu2O层都没有影响TiO2的结晶相。XPS结果表明,Cu的存在抑制了Cu2O表面在空气中的氧化。SEM分析表明,结晶良好的Cu-Cu2O混合物微小纳米颗粒均匀分散于TiO2表面。由于紫外可见漫反射光谱的Cu-Cu2O/TiO2复合薄膜的吸收边发生红移。PL光谱证实了在Cu的存在下,激发电子和空穴的复合率降低。光催化实验表明,与纯Cu2O/TiO2相比,所制备的Cu-Cu2O/TiO2-8显示出更高的光生载流子效率,其光催化性能也显著提高。此外,还对Cu-Cu2O/TiO2-8光催化活性增强的原因进行了讨论