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多酸/半导体复合膜电极光催化去除NO2的性能研究

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多酸/半导体复合膜电极光催化去除NO2的性能研究

作者：闫丹丹东北师范大学

学位级别：硕士

近年来,为了解决能源危机和环境污染问题,为了实现可持续发展战略,利用半导体材料来实现太阳能与电能,化学能之间的转换这一策略备受青睐。其中,tio纳米棒阵列(TNRs)由于性质稳定,价廉,绿色等优点很受欢迎,TaON由于合适的带隙,对可见光... 详细信息

近年来,为了解决能源危机和环境污染问题,为了实现可持续发展战略,利用半导体材料来实现太阳能与电能,化学能之间的转换这一策略备受青睐。其中,tio纳米棒阵列(TNRs)由于性质稳定,价廉,绿色等优点很受欢迎,TaON由于合适的带隙,对可见光相应良好等特性也备受关注,但是tio只能响应紫外光,TaON光生载流子易复合等缺点,使其应用受到了限制。多酸(POMs)作为良好的电子接受体,可以有效地转移和捕获光生电子,因此有利于促进光生电荷的分离从而提高需要改性的半导体材料的光伏性能。在本文中,我们制备了一系列半导体及其复合膜电极,并进行了光催化去除NO的性能研究,主要研究内容如下:1.采用水热法结合旋涂法制备了tio纳米棒阵列与一系列多酸的复合膜电极,并对其光电化学性能和光催化活性进行测试后,结果发现与纯TNRs相比,TNRs/POMs的性能均有提高,其中,通过KSiWOCo(II)(HO)(SiWCo)的修饰后,膜电极的光电性能提高最明显。而且,TNRs/SiWCo膜电极光催化去除NO的活性最强,4 h光照后,去除效率达到约80.9%。2.通过旋涂法和化学浴沉积法,成功地将SiWCo和Ag纳米颗粒共同引入到TNRs中,制备了TNRs/SiWCo/Ag复合膜电极。与单独用SiWCo进行修饰相比,SiWCo和Ag的共修饰使得膜电极的光催化性能得到了显著的增强,NO去除效率明显提高。这一结果主要归因于Ag纳米颗粒可以有效促进膜电极对光的吸收,而且其良好的导电性能也可以促进光生电子的迁移。另外,我们通过一系列光电化学测试对上述解释进行了验证。3.利用连续离子层吸附和反应法(SILAR)成功地将CdS沉积在TaON膜电极上,并且用相同的方法进行了ZnS钝化处理。结果发现TaON/CdS/ZnS膜电极由于对可见光响应能力强,能有效防止CdS发生光腐蚀,并且能良好促进光生电荷的分离,进而使得三元复合膜电极在可见光照射下展示了最高的NO去除效率和优异的可回收性。另外。我们提出了合适的TaON/CdS/ZnS膜电极的NO去除机制,并且通过进行捕获实验,发现活性物种?O和h在光催化去除NO中均起了重要的作用。

关键词： tio2纳米棒阵列多金属氧酸盐 TaON 光催化性能 NO2去除

金属Ag电沉积型电致变色器件的制备及性能研究

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金属Ag电沉积型电致变色器件的制备及性能研究

作者：邓建波哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

在电致变色技术领域中,金属电沉积型电致变色器件是一种未被充分发展的新型电致变色器件。金属Ag电沉积型电致变色器件(简称为可逆Ag基电沉积器件),因其电解质的高透明性和镜面态调节功能,受到了人们的广泛关注。在三态可逆Ag基电沉积... 详细信息

在电致变色技术领域中,金属电沉积型电致变色器件是一种未被充分发展的新型电致变色器件。金属Ag电沉积型电致变色器件(简称为可逆Ag基电沉积器件),因其电解质的高透明性和镜面态调节功能,受到了人们的广泛关注。在三态可逆Ag基电沉积器件中,Ag在光滑电极表面沉积呈现出镜面态的效果,在粗糙电极表面沉积呈现出黑色态的效果。传统可逆Ag基电沉积器件所用电解质中需要引入介导Ag溶解的氧化物种,这导致断电后自褪色现象严重,持续通电才能维持着色状态稳定,但增加了能源消耗,限制了它的应用范围。针对这一问题,本文采用高透明的tio纳米棒阵列为离子储存层与可逆Ag基电沉积串联,构建串联式可调Ag镜器件,可避免在电解质中引入介导Ag溶解的氧化物种,开路条件下该器件能在较长的时间内维持Ag镜状态的稳定。此外,黑色态效果是由局域表面等离子共振效应实现的,它与Ag纳米颗粒的形貌特征密切相关,而Ag纳米颗粒的形貌严重依赖于表面粗糙的电极。因此,本文还以tio纳米棒阵列为粗糙电极和光滑ITO(氧化铟锡)电极结合,构建能实现透明、黑色和镜面三种状态的可逆Ag电沉积器件,该器件具有高的光学调制能力。论文具体研究内容如下:(1)利用水热合成法在FTO(氟掺杂氧化锡)基底上生长tio纳米棒阵列。通过控制水热生长时间制备出三种棒密集程度不同的tio纳米棒阵列。密集程度不同的tio纳米棒阵列均具有较高的光学透明度,水热生长时间较长的tio纳米棒阵列具有最大的电荷储存容量和最高的电化学反应可逆性。(2)选用水热生长时间为4 h制备出的tio纳米棒阵列与可逆Ag电沉积串联,构建串联式可调Ag镜器件。该器件在断电600 s内透过率变化维持在初始态的50%以下,器件开路条件下镜面态稳定;经过1000圈循环,透过率调制范围由69%衰减至59%,表明该器件具有优异的循环稳定性。(3)以三种密集程度不同的tio纳米棒阵列为粗糙电极层与可逆Ag电沉积结合,构建出三态可逆Ag电沉积器件。所选用棒密集程度依次增加,器件透明与黑色变化过程中在波长700 nm处透明态透过率依次为83.3%、75.8%和73.7%,对应黑色态透过率分别为2.0%、1.5%和1.4%;在波长600 nm处黑色态反射率均均为5.8%,镜面态反射率分别为76.0%、72.4%和69.7%,表明器件具有出色的光学调制能力。

关键词：电致变色器件可逆金属电沉积 Ag电沉积 tio2纳米棒阵列

一维纳米半导体阵列的光催化聚合及光伏器件的制备研究

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一维纳米半导体阵列的光催化聚合及光伏器件的制备研究

作者：李飞龙复旦大学

学位级别：硕士

随着传统化石能源的消耗,发展新能源已经成为世界性的重点研究课题。将太阳能转变为电能的光伏器件就是其中重要的研究课题之一。在众多的光伏器件中,共轭聚合物/无机纳米半导体杂化太阳能电池结合了有机共轭聚合物的柔性和无机纳米半... 详细信息

随着传统化石能源的消耗,发展新能源已经成为世界性的重点研究课题。将太阳能转变为电能的光伏器件就是其中重要的研究课题之一。在众多的光伏器件中,共轭聚合物/无机纳米半导体杂化太阳能电池结合了有机共轭聚合物的柔性和无机纳米半导体相对高的电子迁移率,因而受到了广泛的研究。受共轭聚合物/富勒烯衍生物体相异质结的启发,研究者将电子受体材料富勒烯衍生物替换成tio2和ZnO等无机纳米半导体,制备了共轭聚合物/无机纳米半导体体相异质结光伏电池。然而对于这种传统类型的体相异质结,电子在无机纳米半导体间以跳跃的形式进行传输,增加了复合的几率。同时无机纳米半导体和相对应的电极之间是隔离的,影响了该电极对电荷的收集效率。对于共轭聚合物/无机纳米半导体杂化太阳能电池,有机共轭聚合物和无机纳米半导体之间由于相容性的问题,导致了低的电荷分离效率,严重影响了光伏器件的光电转换效率。一维无机纳米半导体阵列因为有着直接的电荷传输路径,同时无机纳米材料和电极有着直接的接触,而被认为是一种理想的用于制备光伏器件的结构。光催化聚合是一种新型的聚合方法,由纳米半导体的表面引发聚合一步生成有机／无机复合材料。聚合物和无机半导体之间有着良好的接触,克服了传统的物理共混两相不相容的缺点。为此,本论文将结合一维无机纳米半导体和光催化聚合的优势,制备共轭聚合物/一维无机纳米半导体复合材料,研究了复合材料的结构和光电性能。同时也研究了光催化聚合在改善无机纳米半导体和共轭聚合物的界面性能中的应用。主要的研究内容和取得的结果如下：1.通过电化学沉积的方法制备了形貌较好的ZnO纳米棒阵列薄膜。X射线衍射(XRD)结果表明所制备的ZnO纳米棒阵列的晶型为纤锌矿。将此纳米棒阵列薄膜光催化聚合N-乙烯基咔唑(NVK)得到了PVK/ZnO纳米棒阵列复合薄膜。2.通过水热法制备了Ti02纳米棒阵列薄膜。XRD和Raman光谱表明制备的tio2纳米棒阵列薄膜为金红石相。从降解有机物和羟基自由基的生成角度研究了tio2纳米棒阵列薄膜的光催化活性,结果表明所制备的Ti02纳米棒阵列有良好的光催化活性。3.将tio2纳米棒阵列薄膜光催化聚合吡咯制备聚吡咯/二氧化钛(PPy/tio2)纳米棒阵列复合薄膜。Raman光谱研究表明,可以通过光催化聚合时间来控制聚合物PPy的厚度。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,PPy和tio2之间有着较强的相互作用。进一步的,我们用金红石纳米粒子光催化聚合吡咯制备了PPy/tio2复合物,然后用电子自旋共振(EPR)研究了PPy与tio2之间的电荷转移情况,得到了复合物中PPy向tio2传递电子的直接证据。4.将光催化聚合得到的PPy/tio2纳米棒阵列复合薄膜组装了光伏器件,研究了光催化聚合时间对光电性能的影响。5.以聚3-己基噻吩(P3HT)和tio2为模型,研究了光催化聚合在改善有机/无机界面性能的作用。通过光催化聚合吡咯对tio2纳米棒的表面进行修饰,然后通过旋涂的方法制备了P3HT/PPy/tio2符合薄膜。与P3HT/tio2对比发现,PPy提高了P3HT向Ti02的电子注入能力,同时能够减少P3HT与tio2之间的电荷复合几率。通过光催化聚合毗咯对tio2的表面进行修饰,P3HT/tio2的光电转换效率提高了77%。

关键词： ZnO纳米棒阵列 tio2纳米棒阵列纳米半导体光催化聚合聚吡咯光伏器件界面

过渡金属氧化物/碳纳米纤维材料的制备及其性能研究

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过渡金属氧化物/碳纳米纤维材料的制备及其性能研究

作者：雷妍北京化工大学

学位级别：硕士

静电纺丝纳米纤维是一种具有大的比表面积、高的孔隙率,简单易制备的一维纳米材料,在油水分离、锂离子电池领域均具有重要的发展前景。过渡金属氧化物及其纳米复合材料由于其特殊的半导体性质、光电效应、压电效应、电磁效应等广泛应用... 详细信息

静电纺丝纳米纤维是一种具有大的比表面积、高的孔隙率,简单易制备的一维纳米材料,在油水分离、锂离子电池领域均具有重要的发展前景。过渡金属氧化物及其纳米复合材料由于其特殊的半导体性质、光电效应、压电效应、电磁效应等广泛应用于光、电、磁、催化、电池和传感等领域。本文主要研究了分层tio2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜在乳液油水分离方面的应用和CuO/碳纳米纤维复合材料在锂离子电池方面的应用:1.通过静电纺丝方法结合高温碳化制备出柔性碳纳米纤维膜,进一步通过水热法在碳纳米纤维表面定向生长一层tio2纳米棒阵列,阵列之间的孔尺寸为几纳米-几十纳米之间,为典型的介孔材料。通过紫外光照射使tio2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜具有超亲水和水下超疏油性能,从而使纤维膜能够有效分离油水乳液。通过扫描电镜(SEM)观察纤维膜微观的形貌并研究了不同TBOT添加量、不同水热时间、不同水热温度以及不同酸浓度几个变量对纤维膜微观形貌的影响;并通过XRD、BET和接触角测试来表征纤维膜的结构和润湿性能。乳液油水分离结果显示了其优异的分离能力,分离效率可以达到99%以上。此外,tio2纳米棒阵列/碳纳米纤维膜具有很强的耐腐蚀性能和高温耐受性,且循环使用8次后依然能够保持原来的形貌和分离能力,具有良好的循环使用性能。2.应用静电纺丝技术和随后的高温碳化和高温氧化过程制备了 CuO/碳纳米纤维复合材料。CuO具有较高的理论容量,且环境友好、易制备,但其作为锂离子电池负极材料体积膨胀严重,循环稳定性和倍率性能差。本实验通过碳作为支撑体来稳定CuO,以减小充放电过程中CuO体积改变引起的材料结构坍塌;同时碳的添加能够提高复合材料的电子导电性;通过将CuO嵌入碳纳米纤维来减小CuO颗粒直径,更小的颗粒直径有利于缩小离子传输路径,从而使得材料倍率性能有所提高。通过SEM、TEM、XRD和拉曼光谱研究了不同固含量、不同二水氯化铜含量以及不同碳化时间对复合材料形貌和结构的影响,结果表明:纤维直径随着固含量的增加而增加,二水氯化铜含量和碳化时间的增加都会使CuO颗粒直径增大。随后,我们将CuO/碳纳米纤维装配成半电池并对不同CuO含量的复合材料进行了电化学性能的测试。测试结果表明,相比纯的CuO,复合材料具有较好的循环稳定性和倍率性能。

关键词：静电纺丝纳米纤维 tio2纳米棒阵列乳液油水分离 CuO 锂离子电池

沉积次数对CdS/tio_2复合纳米薄膜光电性能的影响

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广东化工 2015年第16期42卷 18-19页

作者：武春霞王莹莹韩敏敏于丽敏张晓亮河北工程大学装备制造学院河北邯郸056038 邢台市环境监测站河北邢台054000 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室甘肃兰州730000

采用水热法在FTO导电玻璃基底表面制备了结构规整的tio2纳米棒阵列,利用连续离子层吸附反应(SILAR)法在tio2纳米棒阵列表面沉积生长了CdS量子点,采用紫外可见分光光度计和电化学工作站表征了薄膜的光学和光电性能,随着CdS循环次数的增加... 详细信息

采用水热法在FTO导电玻璃基底表面制备了结构规整的tio2纳米棒阵列,利用连续离子层吸附反应(SILAR)法在tio2纳米棒阵列表面沉积生长了CdS量子点,采用紫外可见分光光度计和电化学工作站表征了薄膜的光学和光电性能,随着CdS循环次数的增加,薄膜的光电响应越明显,当CdS循环沉积次数为9次时,薄膜的光电响应程长约为514μA/cm2。

关键词： SILAR法硫化镉 tio2纳米棒阵列光电性能

CIS/tio2复合薄膜的制备及其光电性质

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CIS/TiO2复合薄膜的制备及其光电性质