研究目的
研究锐钛矿/金红石相结点对高度有序TiO2纳米管阵列光电化学性能的影响并解释性能提升的原因。
研究成果
TiO2纳米管阵列中通过500°C退火形成的锐钛矿/金红石相结(含60%锐钛矿和40%金红石),通过促进电子从金红石向锐钛矿转移,显著提升了光电化学性能,改善了电荷分离与传输。这为设计高性能光电极提供了思路。
研究不足
该研究仅限于TiO2纳米管阵列及特定退火条件;由于样品制备的挑战性,未直接观察到锐钛矿-金红石界面的确切位置。其普适性可能不适用于其他材料或结构。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过阳极氧化法制备TiO?纳米管阵列,在不同温度下退火形成锐钛矿/金红石相结,并采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱、紫外-可见吸收光谱、掠入射XRD(GIA-XRD)、电化学阻抗谱(EIS)和同步辐射光电子能谱(SRPES)等技术表征其性能,以理解电荷转移机制。
2:样品选择与数据来源:
以纯度99.4%、厚度0.2 mm的钛箔为基底。样品在空气环境中分别于350、450、500、550和650°C退火3小时。
3:4%、厚度2 mm的钛箔为基底。样品在空气环境中分别于550和650°C退火3小时。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括阳极氧化用直流电源、场发射扫描电镜(Hitachi S-4800)、X射线衍射仪(Bruker D8)、拉曼光谱仪(Renishaw InVia)、紫外-可见分光光度计(Persee TU-1901)、国家同步辐射实验室的同步辐射装置、电化学工作站(Zahner Zennium)、紫外LED光源(370 nm,0.3 mW/cm2)及标准电极(铂箔、饱和甘汞电极)。材料包含甘油、NH?F、Na?SO?电解液及BaSO?参比物。
4:0)、X射线衍射仪(Bruker D8)、拉曼光谱仪(Renishaw InVia)、紫外-可见分光光度计(Persee TU-1901)、国家同步辐射实验室的同步辐射装置、电化学工作站(Zahner Zennium)、紫外LED光源(370 nm,3 mW/cm2)及标准电极(铂箔、饱和甘汞电极)。材料包含甘油、NH?F、Na?SO?电解液及BaSO?参比物。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:钛箔经抛光清洗后,在25 V电压下于甘油/NH?F溶液中阳极氧化3小时,按设定温度退火并进行表征。光电化学测试在三电极体系中进行紫外光照,电化学阻抗谱测量于开路电位下完成。
5:数据分析方法:
采用Scherrer公式计算晶粒尺寸,Spurr-Myers公式计算相比例,Tauc图计算带隙,等效电路拟合EIS数据,SRPES确定能带排列。
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FESEM
S-4800
Hitachi
Evaluating surface and cross-sectional morphologies of TNTAs
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XRD
D8
Bruker
Detecting crystal phase of TNTAs with Cu Kα radiation
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Raman spectrometer
InVia
Renishaw
Characterizing Raman spectra with 514 nm laser excitation
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UV-vis spectrophotometer
TU-1901
Persee
Recording diffuse reflectance spectra using BaSO4 reference
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Electrochemical workstation
Zennium
Zahner
Characterizing photoelectrochemical properties in a three-electrode system
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UV-LED light source
Illuminating TNTAs electrodes with wavelength 370 nm and light intensity 0.3 mW/cm2
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DC power supply
Providing voltage for anodization
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