李延芳
,
张文沛
,
沈星
,
彭鹏飞
,
熊良斌
,
余颖
催化学报
doi:10.1016/S1872-2067(15)60991-3
光催化还原CO2生成烃类燃料是一种可同时解决全球变暖和能源危机问题的最有效途径之一。尽管这方面的研究已经取得了一定的进展，但是整体的光催化转换效率还非常低。因此，需要发展更加高效的催化剂。由于半导体材料禁带宽度与太阳光谱相匹配，人们已经对其进行了广泛研究。其中TiO2因具有无毒、强氧化性以及良好的光学和电学性质等而成为最主要的研究对象。但是对于光催化还原CO2反应来说， TiO2仍存在很多不足，如只能吸收太阳光谱中的紫外光，光生载流子会快速结合，以及光生空穴的强氧化能力等，这些都限制了其光催化还原CO2的效率。采用窄禁带宽度半导体修饰TiO2是解决上述不足的有效途径之一。本文采用简单的电化学方法成功制备了一种由窄禁带半导体Cu2O修饰的TiO2纳米管(TNTs)的复合物，并运用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及X射线光电子能谱(XPS)表征了所制备复合物的形貌、化学组成和结晶度。表征结果显示，所制备的TiO2为整齐排列的纳米管阵列结构；复合物中的纳米颗粒为Cu2O；当电化学沉积Cu2O的时间为5 min时，得到的Cu2O纳米颗粒初步呈类八面体结构。随着沉积时间的增加， Cu2O颗粒尺寸增加，具有八面体结构。 XRD和XPS结果表明， TiO2纳米管为锐钛矿，八面体Cu2O纳米颗粒的主要暴露晶面为(111)面。我们还进一步研究了不同量Cu2O纳米颗粒修饰的TiO2纳米管复合物在可见光以及模拟太阳光下光催化还原CO2的能力。在可见光下，由于自身的禁带宽度，纯净的TiO2纳米管没有任何光催化还原CO2的能力；经过Cu2O纳米颗粒的修饰，复合物显现出明显的光催化还原CO2的能力，其中经过30 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在模拟太阳光下，经过15 min Cu2O沉积的TNTs具有最高的光催化效率。在所有光催化还原CO2过程中，主要碳氢产物为甲烷。为了深入地理解该复合体系在还原CO2中的高催化效率，我们对催化剂进行了进一步的表征。紫外-可见漫反射光谱表明， Cu2O八面体纳米颗粒的沉积将TNTs的吸收光谱拓展到了可见光区域，提高了复合物对太阳光的吸收能力。此外，我们还通过测试所制样品的光电流反应、荧光发射光谱以及电化学阻抗谱，研究了催化剂中光生电子和空穴的分离和迁移能力。结果表明，适量的Cu2O沉积提高了复合物对光的吸收能力，增加了光生载流子的数量，从而使更多的光生载流子参与光催化反应。综上，本文首次报道了八面体Cu2O纳米颗粒修饰TNTs复合物的光催化还原CO2的能力。在一定量的Cu2O纳米颗粒修饰下，该复合物在光催化还原CO2生成烃类反应中表现出高效性。经过一系列详细的表征和讨论，我们认为其高效性主要源于三个方面：(1) TNTs的管状结构为反应物的吸附提供了大量的活性位点，同时一维的管状结构更有利于光生载流子的运载，从而提高了电子和空穴的分离；(2) Cu2O纳米颗粒的修饰提高了催化剂对光的吸收，促进催化剂最大程度地利用太阳光；(3) TiO2和Cu2O之间导带以及价带位置的匹配，在减少光生载流子复合的同时也降低了TiO2价带上空穴的氧化能力，从而抑制了CO2还原产物的再氧化过程。
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
八面体氧化亚铜纳米颗粒
,
光催化二氧化碳还原
,
碳氢产物
,
光催化活性
黄运瑞
,
周庆祥
,
闫家伟
材料导报
二氧化钛纳米管阵列具有独特的结构、良好的化学惰性、更大的比表面积、纳米管与基底结合牢固等优点,其应用非常广泛.综述了二氧化钛纳米管阵列在太阳能电池、传感器、光解水制氢、光催化和环境分析方面的应用研究进展,并提出了二氧化钛纳米管阵列的应用发展趋势及展望.
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
太阳能电池
,
光催化
,
环境分析
宁成云
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李丹
,
郑华德
,
谭帼馨
,
王玉强
,
马强
稀有金属材料与工程
采用阳极氧化技术在纯Ti表面制备出有序的TiO2纳米管阵列,并通过SEM,XRD,XPS对TiO2纳米管阵列进行表征.结果表明,阳极氧化时间对纳米管的形成有较大的影响.在外加电压为20 V,阳极氧化时间为20 min时,可制备出长度约480 nm、内径约89.90 nm、壁厚约7.4 nm的TiO2纳米管阵列.经450 ℃热处理后,可得到锐钛矿型的TiO2纳米管阵列,钛元素以Ti4+氧化态处于八面体的环境中,Ti 2p3/2的结合能为459.3 eV.
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
阳极氧化
,
锐钛矿
,
金红石
田昂
,
薛向欣
,
刘创伟
,
茹红强
钢铁钒钛
通过阳极氧化法在金属钛表面制备了TiO2纳米管阵列涂层(TiO2 nanotube array,TNT),并通过改变其形貌和相态探索TNT涂层光催化反应的机理.研究表明TNT涂层光催化降解有机物的机理是依靠光生空穴与氧化剂生成的羟基自由基来氧化有机物中的基团.此外涂层表面的F离子残留量对TNT涂层的光催化性能有一定的影响,F离子残留量越少,纳米管的光催化活性越高,这是由于在光照条件下,带有负电的F离子易于和带正电的光生空穴发生反应,同时由于F离子的残留使纳米管中出现了Ti3+,从而降低了光生电子的数量.低温退火处理条件下,纳米管的形貌基本上没有改变,影响半导体材料性能的主因是相态变化,锐钛矿占主体的混晶结构能够有效促进光生电子-空穴对的分离和传输,从而提高光催化性能.
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
光催化
,
羟基自由基
,
锐钛矿
赵崇斌
,
杨杭生
,
周环
,
邱发敏
,
张孝彬
催化学报
doi:10.3724/SP.J.1088.2011.01127
研究了TiO2纳米管阵列负载的MnOx复合物选择性催化还原NOx的性能.结果显示,在150～250℃下该催化剂脱除NOx的效率达90%以上(200℃下为99%以上),表现出优异的中低温脱硝性能.当反应温度更高时,有可能使反应进入努森扩散控制状态,从而在一定程度上抑制了催化反应的进行.
关键词:
锰氧化物
,
二氧化钛纳米管阵列
,
氮氧化物
,
选择性催化还原
谭志谋
,
王慧洁
,
杨杭生
,
张孝彬
材料科学与工程学报
采用阳极氧化法,以NH4 F-乙二醇-水溶液为电解质,在钛片上制备了TiO2纳米管阵列,并研究了电解电压和电极距离对TiO2多孔薄膜形貌的影响.结果表明,通过优化电解电压,可以调控二氧化钛纳米管阵列的内径在20～145nm之间；通过调节两电极间的间距,在金属钛片上制备了完整的二氧化钛纳米孔阵列.并采用有限元模拟二氧化钛层中的电流密度分布,探讨了二氧化钛纳米管阵列和纳米孔阵列的形成.
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
二氧化钛纳米孔阵列
,
阳极氧化法
,
有限元分析
,
内径
王健敏
,
王晓强
,
李月柳
,
郭静
,
李明亚
人工晶体学报
以NH4F的乙二醇溶液为电解液,采用阳极氧化法在钛网表面制备了有序TiO2纳米管阵列.通过XRD、SEM等对TiO2纳米管阵列的结构、形貌进行表征,利用紫外-可见分光光度计对所制备样品的紫外可见吸收特性进行了表征.结果表明:在一定时间范围内,随着氧化时间的增加,纳米管管长和管径都会增大,但超过一定时间后,纳米管破损明显加剧且有脱落现象.另外,所制备样品的光学禁带(Eopt)比块状样品的大,但随着氧化时间的延长,纳米管的光学禁带并没有发生显著变化.不同时间下制备的纳米管对可见光的吸收率不一样.
关键词:
高纯钛网
,
二氧化钛纳米管阵列
,
阳极氧化
刘喜
,
朱文
,
柳慧琼
,
仝大利
,
李继伟
功能材料
介绍了两端通透的二氧化钛纳米管阵列的制备过程,并对形貌进行了分析,给出了刻蚀纳米管阵列底部的参数;在此基础上,采用自制的通透装置,运用光电比色计和紫外分光光度计对比分析了苯酚红和牛血清白蛋白的通透性能,考察了通透时间和纳米管管径等参数对通透性能的影响规律。
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
通透性能
,
生物膜
胡文岳
,
赵希瑾
,
高佳琦
,
申倩倩
,
薛晋波
,
贾虎生
人工晶体学报
采用电化学阳极氧化法,以含有0.25wt% NH4 F和2 mL H2 O的乙二醇溶液作为电解液制备了TiO2纳米管阵列,然后通过不同温度退火比较其形貌、结构、元素组成和亲水性能。实验表明,600℃以下温度退火基本不会引起TiO2纳米管阵列的形貌改变,但是600℃退火会使得部分TiO2纳米管坍塌。随着退火温度的升高,TiO2由无定型结构向晶体结构转变,同时接触角减小,亲水性变好。另一方面,F元素也会影响TiO2纳米管阵列的亲水性能,F元素含量越少,亲水性越好。
关键词:
二氧化钛纳米管阵列
,
退火温度
,
亲水性
