TiO_2纳米薄膜油下超疏水/超亲水性的可逆调控

采用简单的提拉镀膜法制备了一种TiO_2纳米薄膜,在油相介质中,水滴在其表面的接触角约为160°,呈现出油下超疏水状态.当在湿度为20%的空气环境下对TiO_2纳米薄膜进行紫外光照射(60 min)后,该薄膜由油下超疏水状态转变为油下超亲水状态.对紫外光照射后的TiO_2纳米薄膜在100℃下热处理70min后,该薄膜又恢复到了初始的油下超疏水状态.因此,通过紫外光照射和热处理可实现TiO_2纳米薄膜油下超疏水性与油下超亲水性的可逆调控. TiO_2纳米薄膜油下水超浸润性可逆调控主要归因于薄膜表面的微纳米结构和化学组成变化的协同作用.     

纳米TiO2薄膜的热致亲水性与光致亲水性机理

应用真空磁控溅射，溶胶－凝胶方法和电沉积方法分别在玻璃和导电玻璃表面制备了纳米TiO2薄膜，纳米TiO2薄膜的热致亲水性研究表明，这是由于热处理对TiO2薄膜表面的清洁作用除去了吸附的水和有机污染物而产生的。TiO2薄膜的光致亲水性可能也源于紫外光照产生的活性粒子对TiO2薄膜的“光清洁作用”所致。     

溶胶法制备的二氧化硅与二氧化钛复合薄膜的性能

在室温下, 采用溶胶法在玻璃基板上制备了厚度约为100 nm的均匀、透明的纳米SiO2-TiO2复合薄膜.研究了不同温度处理后薄膜的超亲水性、光催化能力等光致活性.通过XPS对薄膜表面及近表面元素的化学态的研究发现, Ti在表面及近表面不仅以Ti4＋形式存在, 也存在少量Ti3＋.紫外光照射后, 部分Ti4＋ 转变成了Ti3＋. XRD研究表明, 该薄膜中的TiO2主要以锐钛矿形式存在, 而且其晶粒大小为14～20 nm.用AFM研究了SiO2-TiO2薄膜的表面形貌及不同的温度处理对TiO2颗粒大小的影响.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的光电化学行为

在室温下采用射频磁控溅射法制备了纳米晶粒的TiO2薄膜,用循环伏安法研究了ITO/TiO2薄膜电极的光电化学行为,并测量了相应TiO2薄膜的亲水性与光催化能力.结果表明,在室温下制备的TiO2薄膜为无定形结构,当退火温度超过400 ℃时转化为锐钛矿结构.在400 ℃下退火的TiO2薄膜具有良好的亲水性和光催化能力. TiO2薄膜电极用254 nm的紫外光照射一定时间后会产生新的氧化峰,且随着光照时间的增加,峰电流也增加.初步认为用紫外光照射一定时间后, TiO2薄膜的循环伏安图的氧化峰属于光生的Ti3＋,而光致亲水性可能与Ti3＋的生成有关.     

紫外光照处理对TiO2膜光伏性能的影响

近年来人们利用纳米晶TiO2电极取代普通的TiO2电极[1],使其太阳能电池的光电转换效率得到很大提高.纳米晶TiO2电极具有大量表面态,在化学上表现为Ti3+或Ti—OH,对于光生电荷的分离过程和迁移过程有重要影响.这些表面化学结构的变化可能会导致TiO2的光伏性能的变化.1997年Fujishima等[2]用紫外光照射TiO2膜使它具有超亲水的性质,结构分析表明,超亲水的原因在于光照使TiO2膜的表面形成Ti—OH[3].因此,在光照处理的同时可能会导致TiO2的光伏性的变化.本文对紫外光照处理TiO2膜的光伏性能进行了研究,并结合光诱导TiO2的亲水性变化对光伏性能变化的原因进行了讨论.     

紫外光照下纳米TiO2电极的电化学行为

通过电沉积方法制备了纳米TiO2薄膜电极，应用循环伏安和交流阻抗技术研究了TiO2电极在253.7 nm的紫外光照射下的电化学行为.结果表明, TiO2薄膜电极的循环伏安图在＋0.15 V处出现新的氧化峰,交流阻抗谱的半圆明显减小，电极的开路电位在有光和无光的情况下呈现规律变化.实验证实在紫外光照射下电极表面有新物种Ti3＋生成，但光生Ti3＋不稳定.     

高湿度下紫外光辐射对sol-gelTiO_2薄膜强度、结构和亲水性能的影响

应用sol-gel法制备了TiO_2薄膜，在321 K和高湿度下应用500 W高压汞灯对薄 膜进行辐射处理，应用划痕法测定了薄膜的强度。利用红外光谱（IR）、拉曼光谱 （Raman）和接触角仪研究了光辐射对薄膜和结构和亲水性能的影响，结果表明高 湿度下紫外光辐射可以促使刚制备TiO_2薄膜中的羟基、有机基团脱落和Ti-O-Ti结 构生成，使TiO_2薄膜的强度、晶化程度显著提高和薄膜在可见光区域吸收增加。 刚制备的sol-gel TiO_2薄膜的亲水性能随着光辐射先是下降，然后上升，且各向 亲水同性。通过此方法可以在不耐温的基材上制备致密的高强度的和具有一定光致 亲水性能的初步晶化的TiO_2薄膜。     

激光刻蚀sol-gelTiO_2薄膜的浸润性研究

应用355 nm脉冲激光在sol-gel TiO_2薄膜表面刻蚀出微米级的沟槽形貌，讨 论了具有微槽形貌TiO_2薄膜的浸润行为及其浸润性与亲水区域面积的关系，以及 紫外光照对具有微槽形貌TiO_2薄膜亲水性的影响。     

多晶二氧化钛表面浸润性转变的机械化学处理方法

TiO₂薄膜具有光致超亲水性 ,在黑暗中放置一段时间后转变为疏水性 .本文报道了一种可以在几分钟内实现多晶锐钛矿薄膜表面的亲水性向疏水性转变的机械化学方法.     

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%。     

Two Photoelectrochemical Processes for TiO2 Electrode under UV Illumination

TiO2 thin film electrode was prepared by a sol-gel method on ITO substrates. Cyclic voltammetric behavior of the ITO/TiO2 electrode under ultraviolet (UV) illumination was investigated in the solution of Na2SO4.There are two photoelectrochemical processes for TiO2 electrode under UV illumination.One is a fast process,which results in the appearance of anodic photocurrent.The anodic photocurrent will appear and disappear with the light on and off.The other is a slow process,which will be responsible for the appearance of an oxidative peak. When the electrode is illuminated under UV light for a long time,a new oxidative peak can be observed.The peak current increases with the increase of UV illumination time.It is assumed that the new peak belongs to the oxidation of Ti^3 ,which formed and accumulated on the electrode surface during the UV illumination.A detailed mechanism is proposed on the base of these two photoelectrochemical processes.It is assumed that the change of hydrophilicity of TiO2 thin film may be related to the slow process while the film irradiated by UV light.     

紫外光下纳米TiO2 薄膜亲水性机理的电化学研究

The nanometer films of TiO2 were prepared by sol-gel method on ITO（Indium-tin oxide,SnO2:In） substrate. The TiO2 film was the anatase phase with a particle size of 100 nm from the measurements of X-ray diffraction and AFM（Atomic-Force-Microscope）. Electrochemical characteristics of ITO/ TiO2 electrode under UV（ultraviolet）irradiation were investigated using the method of cyclic voltammetry. A new oxidative peak was observed at 0.035 V when the TiO2 electrode was irradiated by 253.7 nm UV light for a certain time. The peak current increased with the irradiation time. It was assumed that the new oxidative peak resulted from Ti3+,which was formed during the UV illumination. The changes of hydrophilicity of the TiO2 thin film on ITO under UV light were also observed. It was assumed that the changes of hydrophilicity of the films may be related with the formation of Ti3+ on the surface when the film was irradiated by UV light.     

TiO2-MoO3复合纳米管阵列薄膜的制备及其可见光活性

通过阳极氧化的方法制备TiO₂纳米管薄膜, 在MoO₃存在的条件下对该薄膜进行热处理得到TiO₂-MoO₃复合纳米管阵列薄膜. 利用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), X射线光电子能谱(XPS), 电化学阻抗谱(EIS), Mott-Schottky 及光电化学方法对得到的薄膜进行了表征. XRD结果表明, TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型. SEM实验证实了薄膜纳米管结构的存在, 样品中的MoO₃均匀地分散在TiO₂纳米管表面. 利用XPS方法分析了TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜元素的组成, 结果表明, MoO₃在TiO₂表面形成TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜. 研究了热处理温度以及热处理时间对样品的光电化学性能的影响, 相对于单纯TiO₂纳米管薄膜, 适量引入MoO₃提高了样品在可见光区的光电响应能力, 样品的平带电位负移. 在450 °C热处理60 min制得的TiO₂-MoO₃复合半导体纳米管阵列薄膜光电响应活性最高.     

TiO2光致亲水性及其在免处理版材中的应用研究

用溶胶-凝胶法制备了SiO₂和TiO₂薄膜,并涂覆于玻璃基片上,研究了TiO₂薄膜在紫外光照射下其超亲水性能的变化与光照时间的关系,分析了SiO₂薄膜对覆于其上的TiO₂薄膜的耐摩擦性能的影响.结果表明:TiO₂薄膜经紫外光照射后,疏水性急剧降低,显示亲水性能,与水的接触角可达到5°以下;当其覆膜于载玻片上后,具有良好的耐摩擦性和耐候性;TiO₂薄膜的超亲水性使其有望成为一种新型的环保可重复利用的印刷版材.     

聚3-甲基噻吩修饰量子点硫化铅连接TiO2纳米结构膜的光电化学研究

采用原位化学法在纳米结构TiO2电极上制备了量子点PbS(Q-PbS), 并用电化学方法在TiO2/Q-PbS表面聚合3-甲基噻吩[poly(3-Methylthiophene), PMeT]. 研究结果表明, PMeT和Q-PbS单独修饰纳米结构TiO2电极和PMeT修饰Q-PbS连接纳米结构TiO2电极的光电流产生的起始波长都向长波方向移动; 在可见光区光电转换效率均比纳米结构TiO2的光电转换效率提高显著; PMeT与Q-PbS修饰的纳米结构TiO2之间存在p-n异质结. 在一定条件下p-n异质结的存在有利于光生电子/空穴的分离, 提高了光电转换效率.     

染料敏化TiO2/WO3薄膜电池的光电变色

The light-to-electricity conversion process of the TiO2 nanostructured electrode sensitized by a dye was investigated using the photoelectrochemical method in this paper. At the same time, the WO3 thin film was electrodeposited on conducting glass. The results showed that the dye-sensitized nanoporous TiO2 film has the properties of energy conversion, along with good electrochromic properties of electrodeposited MoO3 thin film. A self-powered smart window was achieved by combining a dye-sensitized nanoporous TiO2 film as the photovoltaic layer and an electrodeposited WO3 film as the electrochromic layer. This window changed from being almost transparent to blue spontaneously under illumination, and thus could modulate light transmittance.     

Selenium-modified titanium dioxide photochemical diode/electrolyte junctions: photocatalytic and electrochemical preparation, characterization, and model simulations

The photoelectrochemical behavior of TiO2 thin film electrodes, photocatalytically modified with Se islands, is described. The TiO2 thin films were electrodeposited on transparent conducting oxide glass substrates. The resultant electrode forms a n-TiO2/p-Se "photochemical diode" which, in turn, contacts an electrolyte phase. Both transient photocurrent profiles (in response to excitation light that is switched on or off) and steady-state current-potential curves in response to chopped irradiation are considered. We show that the relative dominance of the contributions from the TiO2 and Se components to the overall response of the photochemical diode/electrolyte junction crucially depends on the wavelength distribution of the excitation light source. A simple equivalent circuit representation of this junction is presented, comprised of a photodiode in parallel with two photodiodes connected in series back-to-back. Simulations of the transient and steady-state photoelectrochemical response of this system are presented, and are shown to be in good agreement with the corresponding experimental profiles.     

TiO_2纳米管阵列的制备及其对316不锈钢光生阴极保护作用的研究

应用直接电化学阳极氧化法,于含氟电解液中,在纯钛表面制备一层整齐有序的TiO2纳米管阵列.扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)表征该纳米管阵列的形貌及晶体结构,光电化学联用系统研究其光电响应特性及对316L的光生阴极保护作用.结果表明:以TiO2纳米管阵列膜作为光生阳极时,在紫外光区(λ<387nm)有显著增强的光生电流响应,并对316不锈钢有较好的光生阴极保护作用.暗态下,光生电极电位仍可维持较长的一段时间,继续起到阴极保护作用.