Fe_N共掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

Fe 、N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

吴

奇

苏钰丰

孙

岚*

王梦晔

王莹莹

林昌健

(厦门大学化学化工学院化学系,福建厦门361005)

摘要:

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe 和N 共掺杂的TiO 2纳米管阵列光催化剂,并

用场发射扫描电镜(FESEM)、X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe 、N 共掺杂对TiO 2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe 和N 均掺入了TiO 2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe 和N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO 2纳米管阵列和单一掺杂TiO 2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe 和N 共掺杂TiO 2纳米管阵列对RhB 的降解速率较纯TiO 2纳米管阵列和单一掺杂TiO 2纳米管阵列明显提高,证明了Fe 、N 共掺杂产生的协同效应提高了TiO 2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.关键词:

Fe 和N;共掺杂;TiO 2纳米管阵列;罗丹明B;可见光

中图分类号:O644

Preparation and Visible Light Photocatalytic Activity of Fe-N Codoped

TiO 2Nanotube Arrays

WU Qi

SU Yu-Feng

SUN Lan *

WANG Meng-Ye

WANG Ying-Ying

LIN Chang-Jian

(Department of Chemistry,College of Chemistry and Chemical Engineering,Xiamen University,Xiamen 361005,

Fujian Province,P .R.China )Abstract:Fe-N codoped TiO 2nanotube arrays were fabricated by anodization of Ti,followed by wet immersion and annealing post-treatment.The doped TiO 2nanotube array photocatalysts were characterized by field-emission scanning electron microscopy (FESEM),X-ray diffraction (XRD),X-ray photoelectron spectroscopy (XPS),and Auger electron spectroscopy (AES).The results indicated that Fe and N dopants had almost no effect on the morphology and structure of TiO 2nanotube arrays,and that Fe and N were doped into the TiO 2lattice.UV-Vis diffuse reflectance spectra showed that the absorption band edge of Fe-N codoped TiO 2nanotube arrays exhibited a red shift compared with that of pure TiO 2nanotube arrays and Fe-or N-doped TiO 2nanotube arrays.The photocatalytic activity of Fe-N codoped TiO 2nanotube arrays was evaluated by their ability to degrade rhodamine B under visible light irradiation.The degradation rate of rhodamine B over Fe-N codoped TiO 2nanotube arrays was obviously higher than that over pure TiO 2nanotube arrays and Fe-or N-doped TiO 2nanotube arrays,which is attributed to the synergistic effect of the Fe and N codopants.Key Words:

Fe and N;Codoping;TiO 2nanotube array;Rhodamine B;Visible light

[Article]

doi:10.3866/PKU.WHXB201112231

https://www.doczj.com/doc/5818343709.html,

物理化学学报(Wuli Huaxue Xuebao )Acta Phys.-Chim.Sin .2012,28(3),635-640

March Received:November 14,2011;Revised:December 15,2011;Published on Web:December 23,2011.?

Corresponding author.Email:sunlan@https://www.doczj.com/doc/5818343709.html,;Tel:+86-10-2184655.

The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51072170,21021002),Natural Science Foundation of Fujian Province,China (2011J01057),and National Foundation for Fostering Talents of Basic Science,China (J1030415).

国家自然科学基金(51072170,21021002),福建省自然科学基金(2011J01057)和国家基础科学人才培养基金(J1030415)资助项目

?Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica

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Acta Phys.-Chim.Sin.2012Vol.28

1引言

电化学阳极氧化法制得的高度有序的二氧化钛(TiO2)纳米管阵列膜除了具有传统TiO2的催化活性高、价廉、耐腐蚀性强以及无污染1等一系列优点外,还具有比表面积大、光生电子传导速率快、易施加偏压,介电性能优良等特点,2近年来已成为国内外竞相研究的热点之一.然而,由于其和传统的TiO2一样带隙较宽(E g=3.2eV),只能吸收波长小于387.5 nm的紫外光,而这部分紫外光(λ<400nm)仅约占太阳光的4%,在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分未得到有效利用,从而限制了其实际应用.因此,开发可见光响应型TiO2纳米管阵列光催化剂成为目前光催化领域科学家所面临的一个重要挑战.已有的研究发现,对TiO2纳米管阵列进行适当的掺杂或表面改性如非金属离子掺杂、3-6金属离子掺杂、7,8贵金属修饰、2,9半导体复合10,11和染料敏化12-14等可以增强TiO2纳米管阵列对可见光的吸收,有效地抑制光生电子和空穴的复合,从而提高其可见光光催化活性.在用于对TiO2进行改性的非金属元素中,N 由于具有和O相似的尺寸,能形成亚稳的深能级受主(AX)中心以及较小的电离能而被认为是最有效的掺杂剂.15近年来,一些非金属共掺杂TiO2纳米管阵列的研究工作16,17证实了非金属共掺杂产生的二元协同效应可以提高TiO2纳米管阵列的可见光光催化活性,其对有机污染物的可见光催化效率优于单一掺杂.然而,对TiO2纳米管阵列进行阴阳离子共掺杂鲜有报道.众所周知,对TiO2进行金属离子掺杂可在其晶格中引入新电荷、形成缺陷或改变晶格类型,从而改变TiO2的能带结构,最终改变TiO2的光催化活性.Fe3+具有半充满d电子构型,且离子半径与Ti4+相近,是理想的掺杂金属之一.通过在阳极氧化的电解液中加入Fe3+已经成功制得了Fe掺杂TiO2纳米管阵列.8Isimjan等18在含有K3Fe(CN)6的乙二醇溶液中采用一步阳极氧化的方法成功制得了Fe、C、N共掺杂的TiO2纳米管阵列,有效地提高了TiO2纳米管阵列对可见光的响应.有研究表明,采用不同离子共掺杂,19如阴、阳离子共掺杂20-22等方法不仅可以增大TiO2光催化剂的光吸收范围,而且能够有效地提高其光催化活性.

本工作采用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理在纯Ti表面制备Fe和N(Fe-N)共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,分析掺杂离子在阵列膜层内的分布.以罗丹明B为目标污染物,考察Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的可见光光催化活性,并与纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列的光催化活性进行对比.

2实验部分

2.1实验材料和试剂

工业纯Ti板(纯度>99%)由福建冶金工业研究所提供.所用试剂HF(40%,质量分数,下同)、Fe(NO3)3、NH3·H2O(25%-28%)和罗丹明B(RhB)均为分析纯,且均为国药集团化学试剂有限公司生产.

2.2Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的制备

将工业级纯Ti板用水磨砂纸逐级打磨至表面无明显划痕,然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水超声清洗.在室温下,Ti板为阳极,铂片为阴极,分别以0.5%(质量分数)HF水溶液和含有0.1mol·L-1 Fe(NO3)3的0.5%HF水溶液为电解液,在10V电压下阳极氧化30min,然后用大量去离子水冲洗样品表面,自然干燥.将样品置于马弗炉中450°C恒温热处理2h,分别制得纯TiO2纳米管阵列(TiO2NTs)和Fe掺杂TiO2纳米管阵列(Fe-TiO2NTs).将上述Fe 掺杂TiO2纳米管阵列样品在1mol·L-1NH3·H2O溶液中浸泡10h,取出后立即放入马弗炉中在450°C 恒温热处理2h,制得Fe-N共掺杂TiO2纳米管阵列(Fe-N-TiO2NTs).为了进行对比,将纯TiO2纳米管阵列在1mol·L-1NH3·H2O溶液中浸泡10h,取出后在马弗炉中450°C恒温热处理2h,制得N掺杂TiO2纳米管阵列(N-TiO2NTs).

2.3Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的表征

采用日本日立公司S4800场发射扫描电子电镜(FESEM)观察样品的表面形貌并测试膜层厚度.采用荷兰Philips公司Panalytical X?pert转靶X射线衍射(XRD)仪测试样品的晶体结构.测试参数为:Cu Kα靶,λ为0.15406nm,工作电流30mA,工作电压40kV,狭缝系统为1DS-1SS-0.15mm RS,以石墨单色器滤波.采用英国VG公司Physical Electrons Quantum2000Scanning Esca Microprob光电子能谱仪测定样品的X射线光电子能谱(XPS).Al靶Kα射线,结合能以C1s(284.8eV)为基准.采用美国Varian 公司Cary5000型紫外-可见-近红外(UV-Vis-NIR)分光光度计表征样品的光吸收特性.采用美国Perkine-Elemer公司生产的PHI660俄歇电子能谱(AES)仪检测阵列膜层内的组分及含量.

2.4TiO2纳米管阵列可见光光催化活性测试

636

吴奇等:Fe 、N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

No.3

光催化实验是在自制的石英双层夹套反应装

置中进行,内层装有罗丹明B (RhB)溶液,外层持续通过冷却水,反应体系的温度控制在30°C.采用500W 卤钨灯作为光源.具体过程为:将TiO 2纳米管阵列样品(10mm×10mm)放入30mL 、5mg ·L -1RhB 水溶液中浸泡30min,并持续通入纯净空气,使样品与RhB 溶液之间达到吸脱附平衡.样品表面距离光源10cm,样品与光源之间加一滤光片,用以滤去波长λ<420nm 的光.光照的同时开始计时,应用日本岛津公司生产的UV-2100型紫外-可见分光光度计在λ=558nm 处测定光催化过程中RhB 的吸光度变化,以此计算RhB 的残余浓度.根据一级动力学公式ln(C 0/C )＝kt (其中C 0,C 分别为起始和光照t 时间后溶液的浓度),线性拟合实验数据可求出光催化降解的表观反应速度常数k ,用以判断和比较催化剂的光催化活性.

3

结果与讨论

3.1

SEM 和XRD 分析

图1为TiO 2纳米管阵列和分别经过掺Fe 、N 以及Fe-N 共掺杂改性后的TiO 2纳米管阵列的SEM 图,图1(a)中的插图为TiO 2纳米管阵列的侧面SEM 图.从图1(a)可以看出,TiO 2膜层表面呈规则的纳米管阵列排布,纳米管直径为40-60nm,膜层厚度约为400nm.比较图1(a)与(b)、(c)、(d)可以看出,掺杂后的TiO 2纳米管阵列的形貌结构没有明显变化,只是纳米管阵列表面的粗糙程度较未掺杂的TiO 2纳

米管阵列有所增加.

图2为TiO 2纳米管阵列和分别经过掺Fe 、N 以及Fe-N 共掺杂改性后的TiO 2纳米管阵列的XRD 图.图中所有谱线在25.3°和47.9°处都各有一特征峰,分别为锐钛矿TiO 2的(101)和(200)衍射峰(JCPDS No.21-1272),这表明经过450°C 热处理后所得到的纳米管阵列膜为锐钛矿相.与未掺杂的TiO 2纳米管阵列膜进行比较,发现N 掺杂对TiO 2晶体结构影响不大,而经过Fe 掺杂后,Fe-TiO 2NTs 和Fe-N-TiO 2NTs 样品中(101)和(200)衍射峰的强度明显减弱,这一结果与已报道的结果8一致,是由于Fe 的掺入抑制了TiO 2由无定型向锐钛矿相的转变所致.3.2XPS 和AES 分析

图3(a)为Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的XPS 全谱图.从图中可以看出,制得的样品中含有Ti 、O 、Fe 和N 元素.图3(b,c)分别为Fe 2p 和N 1s 的高分辨XPS 谱图.图3(b)中位于710.7和724.5eV 的谱峰分别归属于Fe 2p 3/2和Fe 2p 1/2,表明Fe 元素是以Fe 3+的形式23取代了TiO 2中部分Ti 4+进入了TiO 2晶格中,形成Ti-O-Fe 网络.图3(c)中位于(402±0.2)eV 附近的谱峰归属于吸附的零价态的N,24位于(396±0.2)eV 处的XPS 峰则归属于β-N (N 3-),25这主要是由于TiO 2纳米管阵列在由无定型转变为锐钛矿型的过程中,部分N 以取代晶格中氧的形式进入TiO 2晶格中,形成N-Ti-O 网络所致.Fe 3+和N 3-的掺入所形成的Ti-O-Fe 网络和N-Ti-O 网络增加了TiO 2的活性比表面积和表面缺陷,26,27二者的协同作用有利于拓宽

图1纳米管阵列的SEM 图

Fig.1SEM images of nanotube arrays

NT:nanotube array;(a)pure TiO 2NTs,(b)Fe-TiO 2NTs,(c)N-TiO 2NTs,(d)Fe-N-TiO 2

NTs

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Acta Phys.-Chim.Sin.2012

Vol.28

TiO 2的光响应范围和提高材料的光催化活性.28

为了确定掺入膜层的Fe 元素和N 元素在膜层内由表及里的分布情况,测试了Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的AES 谱图,如图4所示.膜层中F 元素的含量极低,它是在阳极氧化过程中由HF 电解液引入的.在样品表面O 和Ti 的原子数之比大于2:1,随着阵列膜层深度的增加,O 和Ti 的原子数之比逐渐接近2:1.这主要是由于纳米管阵列表面含有吸附态的O 的缘故,膜层越深,吸附态的O 越少,O/Ti 比值趋于2:1.同时可以看出,膜层中Fe 的含量很少而且也由表及里逐渐降低,这表明Fe 元素主要存在于纳米管表面和一定深度的膜层内.然而,N 元素的含量随着膜层深度的增加,先快速增加而后缓慢增加,并趋于稳定,这表明N 元素较均匀地分布在整个TiO 2纳米管阵列膜层中.3.3UV-Vis 吸收光谱

图5比较了纯TiO 2和Fe 掺杂、N 掺杂以及Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列在200-800nm 波长范围内的光吸收.插图为根据公式(αh ν)2=A (h ν-E g )(式中,α为吸收系数,A 为与材料有关的常数,h 为普朗克常数,ν为光的频率,E g 为禁带能量)29计算得到的(αh ν)1/2-h ν的关系曲线.可以看出,纯TiO 2纳米

管阵列的主要吸收波长小于380nm 的紫外光,对应于锐钛矿型TiO 2的本征吸收,而其在可见光范围内小的波动峰是由于TiO 2纳米颗粒捕获电荷载流子的吸收叠加造成的.26与TiO 2纳米管阵列的光吸收进行比较,Fe 、N 掺杂以及Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列光吸收带边均发生了不同程度的红移,在可见光区的光吸收增强.从(αh ν)1/2-h ν关系图中可以得到TiO 2纳米管阵列、N 掺杂、Fe 掺杂和Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的带隙分别为3.26、3.03、2.93和2.73eV ,即带隙顺序为TiO 2NTs>N-TiO 2NTs>Fe-TiO 2NTs>Fe-N-TiO 2NTs,进一步说明Fe 和N 成功地掺入了TiO 2晶格,增强了TiO 2纳米管阵列对可见光的响应.Fe 掺杂TiO 2纳米管阵列吸收带边红移是由于Fe 3+的3d 轨道上的电子能被可见光激发,电荷在3d 轨道与TiO 2的导带或价带之间转移造成440nm 附近的吸收;30而550nm 附近的吸收与Fe 3+的d -d 跃迁(2T 2g →2A 2g ,2T 1g )或相互作用的Fe 离子之间的电荷转移(Fe 3++Fe 3+→Fe 4++Fe 2+)有关.31N 掺杂TiO 2纳米管阵列中,N 元素2p 轨道的电子态会与O 元素2p 轨道的电子态混合,使TiO 2带隙变窄,光响应红移到可见光区,32同时N 掺杂还会在TiO 2表面形成较稳定

图2不同样品的XRD 图

Fig.2

XRD patterns of different

samples

图3Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的XPS 谱图

Fig.3XPS patterns of Fe-N codoped TiO 2nanotube arrays

(a)XPS survey spectrum;(b)Fe 2p ;(c)N 1

s

4Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列膜层各种元素的AES 图Fig.4AES of the different elements in Fe-N codoped TiO 2

nanotube array

film

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吴奇等:Fe 、N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

No.3

的氧空位,可增强TiO 2的可见光响应.33在三种掺杂TiO 2纳米管阵列中,由于Fe-N 共掺杂表现出协同作用,因而Fe-N 共掺杂TiO 2纳米管阵列的可见光响应最为显著.

3.4光催化活性

不同掺杂的光催化剂可见光光催化降解RhB 的ln(C 0/C )-t 关系图示于图6.相应的反应速率常数列于表1.由图可以看出,RhB 在可见光照射下存在一定的自降解,单一的Fe 或N 掺杂TiO 2纳米管阵列的光催化活性均高于纯TiO 2纳米管阵列;Fe-N 共掺杂纳米管阵列的光催化活性最高,其反应速率常数较纯TiO 2纳米管阵列提高了约1倍.四种催化剂光催化活性的顺序是:TiO 2

由于可见光下RhB 可发生光敏化,34因而有一定的自降解.当以纯TiO 2纳米管阵列为催化剂时,由于TiO 2不能被可见光激发,因此TiO 2纳米管阵列对RhB 的降解是因RhB 的光敏化所致.RhB 吸附在TiO 2纳米管阵列表面的Ti 4+位上,35在可见光下RhB

被激发,受激电子注入到TiO 2导带并被吸附在表面的溶解氧捕获生成超氧自由基O -2,进而将RhB 氧化

降解.反应过程如下:RhB+visible light →RhB *(1)

RhB *+TiO 2→RhB ++TiO 2(e -cb )(2)

TiO 2(e -cb )+O 2→TiO 2+O -2(3)RhB/RhB ++O -2→products

(4)上式中RhB *是光照条件下罗丹明B 生成的活性中

间体,e -cb 表示位于TiO 2导带上的电子.当以Fe 掺杂TiO 2纳米管阵列为催化剂时,由于Fe 3+/Fe 4+能级高于锐钛矿相TiO 2的价带底,36,37Fe 掺杂TiO 2能够吸收波长大于400nm 的光.在可见光下,3d 电子从Fe 3+中心被激发到TiO 2导带,在Fe 3+/Fe 4+能级上留下Fe 4+.导带上的受激电子还原吸附在表面的溶解氧产生O -2

可降解RhB,而Fe 4+能够将溶液中的OH -氧化成羟基自由基·OH,从而进一步降解RhB.同时,由于Fe 3+可以和带有羧酸基的有机物分子形成配位化合物,38因而RhB 也可以吸附在Fe-TiO 2表面的Fe 3+位上被Fe 4+氧化成Fe 3+.39反应过程如下:

Fe-TiO 2+visible light →Fe-TiO 2(h +vb )+Fe-TiO 2(e -cb )(5)

TiO 2(h +

vb )+Fe 3+-RhB →Fe 4+-RhB+TiO 2(6)Fe 4+-RhB →Fe 3+-RhB +(7)

其中h +

vb 表示位于TiO 2价带上的空穴.上述反应均抑制了光生载流子的复合,加速了RhB 的光催化降解.当以N 掺杂TiO 2纳米管阵列为催化剂时,N 取代了TiO 2晶格中的O 位而掺入了TiO 2晶格,N 2p 能级位于TiO 2的导带之上,其带隙比TiO 2窄,22N 的掺入将TiO 2纳米管阵列光吸收扩展至可见光区,在可见光照射下,电子从N 2p 被激发到TiO 2导带,产生导带电子和价带空穴,40,41TiO 2表面的吸附氧捕获电子

形成O -2,而空穴与化学吸附的OH -或H 2O 反应产

生·OH,O -2和

·OH 对有机物分子具有强的氧化和分解能力,促进了RhB 的光催化降解.因此可见光下单一掺杂TiO 2纳米管阵列对RhB 的降解存在光敏化和

图5不同样品的紫外-可见吸收光谱

Fig.5

UV-Vis diffuse reflectance spectra of different

samples

hv :photo energy;The inset is the estimated band gap by

Kubelka-Munk

function.

图6不同样品光催化降解RhB 的动力学曲线Fig.6RhB photodegradation kinetic curves of the

different

samples

表1

不同样品在可见光照射下降解罗丹明B 的一级表观

速率常数(k )

Table 1First-order apparent rate constants (k )of different samples for RhB photodegradation under visible

light irradiation

Sample self-degradation

TiO 2NTs Fe-TiO 2NTs N-TiO 2NTs Fe-N-TiO 2NTs

103k /min ?1

0.450.821.261.411.60

Correlation coefficient (R 2)

0.98780.98070.99670.99840.9983

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Acta Phys.-Chim.Sin.2012Vol.28

光催化两种效应,因而光催化活性优于纯TiO2纳米管阵列.对于Fe-N共掺杂TiO2纳米管阵列,由于Fe掺杂和N掺杂效应的协同作用,加之RhB的光敏化作用共同提高了的TiO2纳米管阵列的光催化活性.

4结论

采用阳极氧化法先制得Fe掺杂TiO2纳米管阵列,再通过在NH3·H2O溶液中浸渍和随后的热处理制备出Fe-N共掺杂TiO2纳米管阵列.Fe和N的掺入使TiO2纳米管阵列的起始带边发生了明显的红移,对可见光的吸收随之增强.可见光降解RhB实验表明,掺杂提高了TiO2纳米管阵列的光催化效率, Fe-N共掺杂产生的协同效应共同提高了TiO2纳米管阵列在可见光下降解RhB的效率,表现出最好的光催化活性.

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碳纳米管纳米材料的应用要点

碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强，因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carb on nano tubes(CNTs) are nano meter-sized carb on materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure large surface area high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertn ess. Selecti ng appropriate methods to prepare carb on nano tube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparis on of the adva ntages and disadva ntages of carb on nano tube composites the enhan ceme nt mecha ni sms of the CNTs catalysts are in troduced. Afterwardthe lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carb on nano tube; composite; en ergy storage batteries; applicati on 1引言 碳纳米管(CNTs)在2004年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料,它 的径向尺寸可达到纳米级，轴向尺寸为微米级，管的两端一般都封口，因此它有很大的强度，同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着碳纳米管的管径减小其表现出非化学平衡或整数配位数的化合价，储锂的容量增大；第三，碳纳米管具有良好的导

镍掺杂四氧化三钴纳米线阵列的制备及其超级电容特性

第33卷 第5期 无 机 材 料 学 报 Vol. 33 No. 5 2018年5月 Journal of Inorganic Materials May, 2018 收稿日期: 2017-06-03; 收到修改稿日期: 2017-08-03 基金项目: 国家自然科学基金(11204246); 重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2016jcyjA0125) National Natural Science Foundation of China (11204246); Chongqing Research Program of Basic Research and Frontier Technology (cstc2016jcyjA0125) 作者简介: 王军霞(1990–), 女, 硕士研究生. E-mail: wangjx8686@https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, 通讯作者: 赵建伟, 副教授. E-mail: zhaojw@https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, 文章编号: 1000-324X(2018)05-0501-06 DOI: 10.15541/jim20170287 镍掺杂四氧化三钴纳米线阵列的制备及其超级电容特性 王军霞, 赵建伟, 秦丽溶, 赵秉林, 蒋正艳 (西南大学 物理科学与技术学院, 重庆 400715) 摘 要: 采用直流电化学沉积与高温氧化相结合的合成方法, 在氧化铝模板的辅助下, 成功制备了一种新颖的Ni 掺杂的Co 3O 4纳米线阵列, 利用X 射线衍射仪、扫描电镜和高分辨透射电镜等对所制备的纳米线阵列的物相和形貌进行了表征, 结果表明：所制备的Ni 掺杂Co 3O 4纳米线形貌和尺寸均匀、垂直于基底排列, 纳米线的平均直径约为80 nm, 长度约为1.4 μm, 整个纳米线由纳米颗粒堆积而成, 其中Co : Ni 的比例约为20 : 1。利用循环伏安和恒流充放电技术在2 mol/L 的KOH 电解液中对材料的电化学性能进行了测试, 结果显示所制备的纳米线阵列具有优异的电化学电容特性, 当电流密度为10 mA/cm 2时, 纳米线阵列的面积比电容为173 mF/cm 2, 经过1000次充放电后, 比电容值仍能保持最初值的98%, 表现出良好的循环稳定性。优异的性能可归因于材料的比表面积较大以及镍掺杂后材料导电特性的提高。 关 键 词: 纳米线; 四氧化三钴; 掺杂; 模板法; 超级电容 中图分类号: O646 文献标识码: A Synthesis and Supercapacitor Property of Ni-doped Co 3O 4 Nanowire Array WANG Jun-Xia, ZHAO Jian-Wei, QIN Li-Rong, ZHAO Bing-Ling, JIANG Zheng-Yan (School of Physical Science and Technology, Southwest University, Chongqing 400715, China) Abstract: The novel Ni-doped Co 3O 4 nanowire array was synthesized successfully by electrochemical deposition with the aid of anodic aluminum oxide (AAO) template, followed by oxidation at high temperature. The phase composition and morphology were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscope and high reso-lution transmission electron microscope. The results show that as-prepared Ni-doped Co 3O 4 nanowire array perpen-dicular to the substrate displays highly uniform shape and size, with an average diameter of 80 nm and length of 1.4 μm. The nanowire with coarse surface is composed of small crystalline nanoparticles. Average atom ratio of Co to Ni in the nanowire is 20 : 1. Electrochemical characterization was performed using cyclic voltammetry and galvanostatic charge-discharge in a 2 mol/L KOH aqueous solution electrolyte. The test results indicate that the Ni-doped Co 3O 4 nanowire array exhibits a specific capacitance of 173 mF/cm 2 at current density of 10 mA/cm 2, and a good cycling stability with 98% capacity retention over 1000 cycles. Excellent electrochemical performance can be attributed to the large specific surface area and the enhanced conductivity achieved by incorporating of Ni. Key words: nanowires; Co 3O 4; doping; template method; supercapacitor 万方数据

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征

纳米二氧化钛的制备方法及形貌特征 盛丽雯重庆交通大学应用化学08300221 摘要：纳米二氧化钛以其优异的性能成为半导体光催化剂的杰出代表，探寻优良的二氧化钛制备工艺有着重要的现实意义。本文主要介绍了近年来国内外纳米二氧化钛制备工艺的研究状况，根据反应体系的物理形态将制备工艺分成气相、液相、固相三大类进行阐述，在此基础上分析比较了不同制备工艺的优缺点，最后展望了今后的发展方向。 关键词：纳米二氧化钛、制备方法、形貌特征。 1 纳米二氧化钛的制备方法 1．1 气相法 气相水解法利用氮气、氧气或空气作载气，把TiC1 或钛醇盐蒸气和水蒸气分别导人反应器，进行瞬间混合快速水解反应。通过改变各种气体的停留时间、浓度、流速以及反应温度等来调节纳米TiO的晶型和粒径。该方法制得的产品纯度高、分散性好、表面活性大，操作温度较低，能耗小，且对材质纯度要求不是很高，可实现连续生产；但控制过程复杂，并且直接影响着产品的晶型和粒径。气相氧化法是以TiC1 为原料，氧气为氧源，氮气作为载气的氧化反应，反应经气、固分离后制得纳米TiO：。该法制得的产品纯度高、分散性好；但设备结构复杂，材料要求耐高温、耐腐蚀，自动化程度高，研究开发难度大。气相氢氧火焰法以TiC1 ，H2，O：为原料，将TiC1 气体在氢氧焰中(700～1 000℃)高温水解制得纳米TiO。产品一般是锐钛型和金红石型的混晶型，产品纯度高、粒径小、表面活性大、分散性好、团聚程度较小，自动化程度高；但所需温度高，对设备材质要求较高，对工艺参数控制要求精确。气相热解法以TiC1 为原料，在真空或原料惰性气氛下加热至所需温度后，导入反应气体，使之发生热分解反应，最后在反应区沉积出纳米TiO。产品化学活性高、分散性好，可以通过控制反应气体的浓度和炉温来控制纳米TiO的粒径分布；但投资大、成本高。 1．2 液相法 溶胶一凝胶法以钛醇盐Ti(OR) 为原料，经水解与缩聚过程而逐渐凝胶化，再经低温干燥、烧结处理即可得到纳米TiO粒子。该法制得的产品纯度高、粒径小、尺寸均匀、干燥后颗粒自身的烧结温度低；但原料价格昂贵、生产成本高，凝胶颗粒之间烧结性差，产物干燥时收缩大。化学沉淀法将沉淀剂加入TiOSO，H TiO，或TiC1 溶液中，沉淀后进行热处理。该法工艺过程简单，易工业化，但易引入杂质，粒度不易控制，产物损失多。水解法以四氯化钛或钛醇盐为原料，经水解、中和、洗涤、烘干和焙烧制得纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径均匀；但水解速度快、反应难控制、成本大、能耗高、难以工业化生产。水热法以TiOSO，TiC14或Ti(OR)4为原料，高温高压下在水溶液中合成纳米TiO。该法制得的产品纯度高、粒径分布窄、晶型好；但对设备要求高、能耗较大、操作复杂、成本偏高。在综合对比研究了纳米二氧化钛的各种制备方法后，提出了利用偏钛酸原料廉价易得的特点，简化工艺过程，采用化学沉淀法来制备纳米TiO的工艺方案，并进行了长时间的中试，现就该工艺的特点及中试过程中所遇到的问题进行阐述。 1 气相法制备二氧化钛 气相法一般是通过一些特定的手段先将反应前体气化，使其在气相条件下发生物理或化学变化，然后在冷却过程中成核、生长，最后形成纳米TiO2颗粒。 1.1 化学气相沉积法

宏量可控制备碳纳米管阵列

附件2 论文中英文摘要格式 作者姓名：张强 论文题目：宏量可控制备碳纳米管阵列 作者简介：张强，男，1984年3月出生，2004年9月师从于清华大学魏飞教授，于2009年7月获博士学位。 中文摘要 化学工程为现代高新技术产业的发展提供了最基本的生产手段与技术。近年来，纳米技术的蓬勃发展为新型工业开拓了科学和工程技术应用空间。作为一种具有一维管状结构的纳米材料，碳纳米管在力学、热学、电学、光学、声学等方面表现出优异的性能，成为纳米领域中最受关注的对象之一。随着应用研究的深入，人们发现，相互缠绕的聚团状碳纳米管往往作为一种化工原材料添加到最终产品中，这样就难以充分发挥碳纳米管的优异性能。相关研究表明，碳纳米管的取向和排列可以显著影响其作为宏观材料的性能。如果能够将碳纳米管做成高度规整的定向阵列结构，那么阵列本身就是带有功能的产品——超级弹簧、定向薄膜、过滤器、电池电极、场发射体等；碳纳米管阵列也可以经进一步加工形成人工合成的超强纤维、电子器件、高性能复合材料，从而极大地提高材料的性能；由于碳纳米管阵列的易分散性，即使破坏碳纳米管阵列的排列，将其单分散后应用于导电、导热、力学增强复合材料时仍表现出比聚团状单壁和多壁碳纳米管更为优异的性能。所以，碳纳米管阵列是诸多类型碳纳米管材料中的高端产品。 虽然高度规整的碳纳米管阵列已经开发出很多应用。但是，时至今日，基于碳纳米管阵列的所有应用还不能够看到明确的实用前景。其重要原因是可控、大规模宏量制备应用研究所需的宏量规模的定向碳纳米管阵列样品仍然非常困难。众多研究者采用高纯硅片作为基板，每批次仅获得几毫克碳纳米管阵列样品。碳纳米管阵列的市售价格可高达2000美元/片硅片。因此，要实现纳米技术为人类造福的目标，首要的问题就是能够探索出可在工业规模上大量生产碳纳米管阵列的方法。而探索宏量可控制备碳纳米管阵列的科学以及开发工业生产碳纳米管阵列的技术是化学工程发展中的新问题。本文研究了碳纳米管阵列所涉及到的各个尺度上的科学问题，并应用纳米过程工程的基本方法分析了碳纳米管阵列的宏量制备，探索制备过程中的技术和控制手段，为碳纳米管阵列的宏量制备提供一个切实可行的技术路线，进而为碳纳米管阵列的实用化铺平道路。 本文在理解碳纳米管团聚结构特点的基础上，对碳纳米管阵列的生长机理进行了探索。采用时空分析方法，指出在原子/分子层次上，碳纳米管的生长遵循气液固生长机制。此模型较好地解释单根碳纳米管如何在纳米金属催化剂生长，以及碳纳米管的直径控制，但是并未解释碳纳米管如何有效组装形成有序阵列。我们通过催化剂标记的方法，发现在单根尺度上，碳纳米管阵列遵循底部生长机制，即碳纳米管的生长点在其与基板结合的根部，但没有解释

【CN109930134A】一种引入掩膜板制备二氧化钛纳米棒阵列的方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910319448.2 (22)申请日 2019.04.19 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南 路932号 (72)发明人 姜超　余延涛　王春齐　黄小忠　 杜作娟　 (74)专利代理机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 代理人 何方 (51)Int.Cl. C23C 18/06(2006.01) C23C 18/12(2006.01) C23C 28/00(2006.01) B82Y 40/00(2011.01) C23C 14/18(2006.01)C23C 14/24(2006.01) (54)发明名称一种引入掩膜板制备二氧化钛纳米棒阵列的方法(57)摘要本发明公开了一种引入掩膜板制备二氧化钛纳米棒阵列的方法，包括以下步骤：(1)将掩模板固定于基底材料表面，四周密封；(2)在基底上形成诱导层，然后去除掩模板；(3)将带图案诱导层的基底放入水热反应釜中，在水热反应中诱导生长与基底图案一致的二氧化钛纳米棒阵列；(4)对二氧化钛纳米棒阵列间隙进行选择性填充，采用真空蒸镀工艺，对二氧化钛纳米棒阵列制作上电极，得到用于传感器、能源存储单元或者电子电路的器件。本发明通过引入掩模板，生长导电诱导层，从而控制二氧化钛纳米棒阵列的垂直生长，防止二氧化钛纳米棒发生倾斜和搭接，得到多种图案规则排布的阵列结构，满足能源存储器件，特殊传感器和电子电路器件对二氧 化钛结构的质量要求。权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109930134 A 2019.06.25 C N 109930134 A

金属镍纳米材料研究进展

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金属镍纳米材料研究进展 作者：张磊， 葛洪良， 钟敏， ZHANG Lei， GE Hongliang， ZHONG Min 作者单位：浙江省磁性材料实验基地中国计量学院材料学院纳米材料化学制备室,杭州,310018 刊名： 材料导报 英文刊名：MATERIALS REVIEW 年，卷(期)：2008,22(z1) 参考文献(32条) 1.Zeng H;Li J;Liu J P Exchange-coupled nanocomposite magnets via nanoparticle self-assembly 2002 2.Xiao Y;Patolsky F;Katz E Plugging into enzymes:Nanowiring of redox enzymes by a gold nanoparticle 2003 3.Xia Y;Yang P;Sun Y One-dimensional nanostructures:synthesis,characterization,and applications 2003 4.Gudiksen M S;Lauhon L J;Wang J F Growth of nanowire superlattice structure for mnoscale photonics and electronics 2002 5.Chu S Z;Wada K Fabrication and characteristics of ordered Ni nanostructures on glass by anodization and direct current electrodeposition[外文期刊] 2002(11) 6.谈玲华;李勤华;杨毅纳米镍粉的制备及其催化性能研究[期刊论文]-固体火箭技术 2004(03) 7.葛秀涛;焦健;肖建平常温常压下吡咯及其衍生物的镍催化加氢反应考察[期刊论文]-化学物理学报 2001(02) 8.Glerter H Nanocrystalline materials 1989(04) 9.魏智强;温贤伦;王君工艺参数对阳极弧放电等离子体制备镍纳米粉的影响[期刊论文]-稀有金属材料与工程2004(03) 10.左东华;张志琨;崔作林纳米镍在硝基苯加氢中催化性能的研究 1995(04) 11.屈子梅羰基法生产纳米镍粉[期刊论文]-粉末冶金工业 2003(05) 12.Eckert J;Holzer J C;Krill C E Structural and thermody-namic properties of nanocrystalline fcc metals prepared by mechenical attrition 1992 13.韦钦;刘雄飞;曹建纳米Ni的制备与微观结构的研究 1994(01) 14.Baburaj E G;Hubert K T;Fores F H S Preparation of Ni powder by mechanoehemical process 1997 15.Tepper F Nanosize powders produced by electro-explosion of wire and their potential applications [外文期刊] 2000(04) 16.Chatterjee A Chakravorty n Preparation of nickel nanoparticles by metalorganic route 1992(01) 17.高宝娇;高建峰;周加其超微镍粉的微乳液法制备研究[期刊论文]-无机化学学报 2001(04) 18.Ni Xiaomin;Su Xiaobo;Yang Zhiping The preparation of nickel nanorods in water-in-oil microemulsion[外文期刊] 2003(4) 19.Liu Z P;Li S;Yang Y Complex-surfactant-assisted hydrothermal route to ferromagnetic nickel nanobelts[外文期刊] 2003(22) 20.Niu H L;Chan Q W;Ning M Synthesis and one-dimensional self-assembly of acicular nickel nanocrystallites under magnetic fields 2004 21.Liu Qi;Liu Hongiiang;Han Min Nanometer-sized nickel hollow spheres[外文期刊] 2005(16) 22.Wang Xuewei Size-dependent orientation growth of large area ordered Ni nanowire arrays 2005 23.Mock J J;Oldenburg S J;Smith D R Composite pias mon resonant nanowires 2002

碳纳米管阵列超双疏性质的发现_翟锦

碳纳米管阵列超双疏性质的发现 * 翟 锦 李欢军 李英顺 李书宏 江 雷 - (中国科学院化学研究所 北京 100080) 摘 要 用高温裂解酞菁金属络合物方法制备了几种具有不同形貌的阵列碳纳米管膜,并对其超疏水和超双疏性质进行了研究.对于具有均匀长度和外径的阵列碳纳米管膜,文章作者发现,在未经任何处理时,其表现出超疏水和超亲油性质,与水的接触角为15815?115b ,与油的接触角为0?110b .经氟化处理后,则表现出超双疏性质,与水和油的接触角分别为171?015b 和161?110b .对具有类荷叶结构的阵列碳纳米管膜,其表面形貌与荷叶的十分接近,且在未经任何处理时所表现出的超疏水性也与荷叶的非常接近,与水的接触角为166b ,滚动角为8b .这种超疏水和超双疏性质是由表面的纳米结构以及微米结构和纳米结构的结合产生的.这一发现为无氟超疏水表面P 界面材料的研究提供了新的思路. 关键词 阵列碳纳米管膜,超疏水,超双疏 DISC OVERY OF SUPER-AMPHIPHOBIC PROPERTIES OF ALIGNED CARBON NA NOTUBE FILMS Z HAI Jin LI Huan -Jun LI Ying -Shun LI Shu -Hong JI ANG Lei - (Institu te o f Che mistry ,Chin ese Aca de my o f Scien ces ,Be ijin g 100080,Ch ina ) Abstract Several kinds of aligned ca rbon nanotube(ACN T )films with different morphologie s were prepared by pyrolysis of me tal phthalocyanines.Supe r -hydrophobic and supe r -amphiphobic prope rties were studied in detail.The ACN T films with fairly uniform length and external diame ter sho wed supe r -hydrophobic and super -oileophilic prope r -ties,with contact angle s(CAs)of 15815?115b and 0?110b for wate r and rape seed oil respectively.After fluorina -tion trea tment,the se angles beca me 171?015b and 161?110b ,respec tively,showing both super -hydrophobic and super -oileophobic properties,typical of a super -a mphiphobic surface.For ACN T films wi th lotus -like structures,not only wa s the morphology close to tha t of lotus leave s,but their supe r -hydrophobic properties we re almost the same a-l so.The CA and sliding angle for wate r of this kind of films were 166b and 8b ,respectively.These super -hydrophobic and super -amphiphobic properties are caused by the nanostructures and the c ombina t ion of nanostructures and mic ro -structures on the surface.This discove ry may provide a ne w method to study supe r -hydrophobic surface P interface ma -terials without fluorine. Key words aligned c arbon nanotube films,super -hydrophobic,super -amphiphobic * 国家重点基础研究项目(批准号:G1999064504),国家自然科学 基金重大项目(批准号:29992530)2001-12-21收到 - 通讯联系人.E -mail:ji anglei@https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, 在降雨之后的荷塘里,我们常常可以看到许多 水滴漂浮在荷叶上.这种现象是由于在荷叶的表面上有许多微小的乳突,这些乳突上含有疏水的蜡状物质,使得水滴不能渗入到荷叶中而引起的.这类疏水效果非常好的表面与水的接触角都比较大.最近,我们提出了双疏表面和超双疏表面的概念[1] ,即,既疏水又疏油的表面为双疏表面,而与水和油的接触角都大于150b 的表面为超双疏表面.超疏水和超双疏界面材料在工农业生产上和人们的日常生活中都有非常广阔的应用前景.例如,超疏水界面材料用在室外天线上,可以防积雪从而保证高质量地接收信 号;超双疏界面材料可涂在轮船的外壳和燃料储备箱上,可以达到防污、防腐的效果;在将它应用于石油管道的运输过程中,可以防止石油对管道壁粘附,从而减少运输过程中的损耗,并防止管道堵塞;将它用于水中运输工具或水下核潜艇上,可以减少水的阻力,提高行驶速度;用于微量注射器针尖上,可以完全消除昂贵的药品在针尖上的黏附及由此带来的

二氧化钛纳米阵列的制备及其气敏性能研究

Chinese Science Bulletin ? 2008 SCIENCE IN CHINA PRESS Springer https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, | https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, | https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, Chinese Science Bulletin | May 2008 | vol. 53 | no. 9 | 1352-1357 Preparation and hydrogen gas sensitive characteristics of highly ordered titania nanotube arrays JI HuiMing ?, LU HuiXiang, MA DongFang, YU JianJun & MA ShiCai Key Laboratory of Advanced Ceramics and Machining Technology of Ministry of Education, School of Materials of Tianjin University, Tianjin 300072, China In this paper, we report the growth and characteristics of titania nanotube arrays prepared by anodic oxidation and then annealed in an oxygen atmosphere at 500℃. The titania nanotube arrays presented high sensitivity to hydrogen gas. The crystalline phase of the samples was checked by X-ray diffraction (XRD). The differences in the nanotubes morphology attributed to the etched samples due to anodiza-tion potential, reaction time and the electrolyte concentration were analyzed by scanning electron mi-croscopy (SEM). The gas sensitive parameters of the samples were obtained from resistance, the re-sponse time and the recovery time at different temperatures. titanium dioxide, ordered nanotube arrays, preparation, hydrogen gas sensor Titanium dioxide is a versatile material for different ap-plications. It is used as heterogeneous catalyst, photo-catalyst in solar cells, gas sensors and white pigments (in paints, cosmetics, etc.). Also it has electronic and electrical applications in MOSFET (as a gate insulator) and varistors [1]. Titanium dioxide is also a fascinating material from a surface science point of view. Properly made titania surfaces are very useful for different electronic applica-tions especially as gas sensors and solar cells [2]. The prime requirement for these important applications is high active surface area. Making nanosized material is a efficacious technique to increase the active surface area. The simplest approach to fabricate titania nanotubes is electrochemical anodic oxidation. Gong et al.[3] devel-oped uniformly oriented porous titania nanostructures by anodic oxidation of high purity titanium in hydrofluoric acid medium under potentiostatic bias. Titania has attracted much attention for its oxygen sensing capability [4― 6]. Furthermore, with proper ma- nipulation of the microstructure, crystalline phase and/or addition of proper impurities or surface functionalization titania can also be used as a reducing gas sensor [7,8]. Hydrogen has numerous applications in industry, such as petroleum distillation, chemical production, cryogenic cooling, semiconductor manufacturing proc-esses, fuel cell technology, and rocket engines [9]. Its wide range of applications motivates our work on the development of highly sensitive, specific, robust, and affordable hydrogen sensors, enabling its safe and accu-rate use. 1 Experimental 1.1 Fabrication of the highly ordered titania nano-tube arrays Industrial pure titanium foil was degreased by sonicating in acetone, ethanol and DI water, and dried in a nitrogen stream. The equipments of the electrochemical anodiza-tion are shown in Figure 1. Anodization experiments are commonly conducted with magnetic agitation of the electrolyte which reduces the thickness of the double layer at the metal/electrolyte interface, and ensures uni-form local current density and temperature over the Ti Received August 23, 2007; accepted December 18, 2007 doi: 10.1007/s11434-008-0120-0 ? Corresponding author (email: jihuiming@https://www.doczj.com/doc/5818343709.html, )

题名 “一维纳米结构和纳米线有序阵列”

题名“一维纳米结构和纳米线有序阵列” 作者张立德;孟国文;李广海;叶长辉;李勇; 中文关键词 单位 中文摘要<正>随着纳米材料研究的不断深入,对性能的研究愈来愈迫切。但研究无序随机排列的纳米材料性能却非常困难,既便能获得一些结果,却由于试样之间的不统一与不均匀,使不同研究者获得的同类实验结果没有对比性。为此,我们发展了基于有序多孔氧化铝模板的纳米线有序阵列制备技术,实现了纳米线直径可控、密度可调。为纳米材料性能的研究提供了保障,为纳米材料的应用奠定了基础。 基金 刊名中国科技奖励 年2007 期03 第一责任人张立德; 2 题名纳米线阵列及纳米图形制备技术的研究进展 作者雷淑华;林健;黄文旵;卞亓; 中文关键词纳米线阵列;;纳米图形;;信息技术 单位同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院,同济大学材料科学与工程学院上海200092,上海200092,上海200092,上海200092 中文摘要当今纳米技术研究的前沿和热点之一是将纳米线按一定方式排列与组装构成纳米线阵列及纳米图形,它们是下一代纳米结构器件设计的材料基础,在激光技术、信息存储及计算技术、生物技术等各领域均有广阔的应用前景。介绍了在纳米线阵列材料制备以及纳米图形制作方面的技术研究进展,详述了模板法、自组装法以及纳米刻蚀法等技术的发展。 基金国家自然科学基金资助项目(50572069) 刊名材料导报 年2007 期01 第一责任人雷淑华; 3 题名硅纳米线阵列的制备及其光伏应用 作者吴茵;胡崛隽;许颖;彭奎庆;朱静; 中文关键词硅纳米线阵列;;减反射;;太阳电池 单位清华大学材料科学与工程系,清华大学材料科学与工程系,北京市太阳能研究所,清华大学材料科学与工程系,清华大学材料科学与工程系北京100084,北京100084,北京100083,北京100084,北京100084 中文摘要采用金属催化化学腐蚀方法在单晶硅片表面可以制备出大面积排列整齐、与原始硅片取向一致的硅纳米线阵列,得到的硅纳米线单晶性好、轴向可控且掺杂浓度不受掺杂类型和晶向的影响。基于此,我们成功制备了大面积硅纳米线p-n结二极管阵列。此外,硅纳米线阵列结构具有优异的减反射性能,探索了其在太阳电池中的应用。目前初步研制出了基于硅纳米线阵列的新型太阳电池,获得了最高为9.23%电池效率。同时也研究了限制硅纳米线阵列太阳电池转换效率的主要因素,为以后的应用做了前期的探索工作。 基金 刊名太阳能学报

浅谈碳纳米管

浅谈碳纳米管 摘要：就对于碳纳米管的优良性质，以及将来在许多的领域的应用，不可避免的说到碳纳米管可能作为某些材料的替代产品，碳纳米管的缺陷和如何改进等问题。 关键词：碳纳米管优良性能 前言：随着科学技术的发展，很多材料和能源都已经快到达它们物理性能的极限了，由于人们对纳米材料的不断探索，终于发现了许多纳米材料所具有的其他材料没有的优良性能，那么我们就来浅谈谈碳纳米管为什么具有这么多的优良性能，和这些优良性能的前景。 正文：正如人们都知道的纳米材料由于具备尺寸小，比表面积大，表面能高等特点，表现出许多特有的物理效应如表面效应小尺寸效应，量子效应和介电限域效应等。从而使纳米材料具有传统材料所不具备的异或反常的物理特性。 碳纳米管由于由于其中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量和高强度。从而使其表现出良好的力学性能，碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。碳纳米管的导电性也是可观的，由于碳纳米管的碳原子之间构成六边形，必然就会有一个孤对电子环绕在每个碳原子周围，从

而使其有具有相当好的导电性。理论预测其导电性能取决于其管径和管壁的螺旋角。当碳纳米管的管径大于6nm时，导电性能下降；当管径小于6nm时，碳纳米管可以被看成具有良好导电性能的一维量子导线。有报道有人通过计算认为直径为0.7nm的碳纳米管具有超导性，尽管其超导转变温度只有1.5×10-4K，但是预示着碳纳米管在超导领域的应用前景。当然碳纳米管也具有优良的导热性碳纳米管具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。其他性能，碳纳米管还具有光学和储氢等其他良好的性能,正是这些优良的性质使得碳纳米管被认为是理想的聚合物复合材料的增强材料。 对于碳纳米管的应用前景那是可观的，随着化石原料的逐渐枯竭，人们正在寻找清洁能源，目前被人们所看重的莫过于氢能和太阳能了。不管它们中的哪一种能源，目前都陷于瓶颈之中，氢能怎么制取，怎么存储到现在还是问题，至于太阳能我想不必多少，太阳能虽然总量巨大，但是利用率很低，至今还在探索，但是我想说碳纳米管的研究可能就可以解决这些问题，从而解决现在的能源危机。

纳米二氧化钛 简介

纳米二氧化钛 纳米二氧化钛，粉体作为化妆品的物理防晒添加剂，具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 Titanium dioxide is a light-sensitive semiconductor, and absorbs electromagnetic radiation in the near UV region. The energy diff erence between the valence and the conductivity bands in the solid state is 3.05 eV for rutile and 3.29 eV for anatase, corresponding to an absorption band at < 415 nm for rutile and < 385 nm for anatase。 简介 产品技术指标：TiO2%≥99.3% 粒径：15～50nm 物性数据 柔软，无嗅无味的白色粉末，遮盖力和着色力强，溶点1560～1580℃。不溶于水、稀无机酸、有机溶剂、油，微溶于碱，溶于浓硫酸。遇热变黄，冷却后又变白。 金红石型（R型）密度4.26g/cm3，折射率2.72。R型钛白粉具有较好的耐气候性、耐水性和不易变黄的特点，但白度稍差。 锐钛型（A型）密度3.84g/cm3，折射率2.55。A型钛白粉耐光性差，不耐风化，但白度较好。近年来发现纳米级超微细二氧化钛（通常为10～50 nm)具有半导体性质，并且具有高稳定性、高透明性、高活性和高分散性，无毒性和颜色效应。 概述： 纳米二氧化钛粉体作为化妆品的物理防晒添加剂，具有化学性质稳定、无刺激性、无致敏性、全面防护紫外线等优点。 纳米二氧化钛粒经约10-50nm，具有十分宝贵的光学性质。由于它的透明性和防紫外线能力高度统一，在防晒护肤、轿车面漆、高档涂料、油墨、塑料、精细陶瓷等方面获得了广泛的应用。同时它又是一种重要的半导体材料，各国都在投巨资争相研制，国际市场价20-25万元/吨。 纳米二氧化钛 一、纳米TiO2基本情况