静电纺丝-碱热法制备高活性由纳米片组装的TiO2纳米纤维

• 作者: 吕康乐 欧小雨 王文广 范佳杰 陆亚超
• 来源期刊: 催化学报
• 关键词: TiO2纳米纤维 静电纺丝 光催化氧化 丙酮 染料敏化太阳能电池
• 年，卷（期）: 2020,（1）
• 所属期刊栏目: 论文（其他光催化应用）
• 页码范围: 209-218
• 页数: 10页
• 字数: 1115字
• 语种: 中文
• DOI: S1872-2067(19)63470-4

摘要

半导体光催化有望解决日益严峻的环境污染与能源危机, 因而得到广泛重视. 纳米TiO2因为其强的氧化能力和良好的(光)化学稳定性与生物相容性, 成为了最受欢迎的半导体光催化材料. 到目前为止, 材料科学家们制备了多种形貌的TiO2光催化材料, 如纳米棒(线)、纳米片和空心微球等. 作为染料太阳能电池的光阳极材料, 小颗粒尺寸的纳米TiO2具有大的比表面积, 有利于敏化剂的吸附, 从而增强太阳能电池的光电转换性能. 但是尺寸太小的TiO2颗粒不利于光散射, 导致入射的太阳光直接穿透光阳极薄膜而不利于吸收和利用太阳光. 为了解决敏化剂吸附和增强光散射这对矛盾, 本文设计制备了由纳米片组装的TiO2纳米纤维: (1)首先通过静电纺丝法制备TiO2纳米纤维前躯体; (2)将TiO2纳米纤维前驱体在500 °C焙烧, 去除有机物, 得到晶化度良好的由纳米颗粒组装的TiO2纳米纤维; (3)将TiO2纳米纤维进行NaOH碱热处理, 使TiO2纳米颗粒转化成钛酸盐纳米片, 然后经历酸洗和焙烧, 得到由纳米片组装的TiO2纳米纤维. 染料敏化太阳能电池的性能测试结果显示, 碱热2.5 h所得TiO2样品的光阳极薄膜的光电转化效率提升了2.3倍; 同时, 利用丙酮光催化分解的活性来评价纳米纤维的光催化活性, 发现碱热2.5 h所得纳米纤维上光催化降解丙酮的活性提升了3.1倍. 结构表征结果显示, 随着碱热时间的延长, 从纤维表面生长出来的纳米片逐渐变长, 催化剂的比表面积和孔容不断增加. 大的比表面积有利于底物的吸附, 纳米片结构有利于增强光散射, 通过延长光程增强对光的利用效率, 从而提升纳米纤维的光活性. 光电流测试的结果显示, 与碱热前的TiO2纳米纤维相比, 碱热后的TiO2纳米纤维光电流显著增强, 这是由于纳米片结构减小了扩散距离, 有利于光生载流子快速转移到催化剂表面, 引发丙酮的光催化氧化.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	吕康乐	中南民族大学资源与环境学院催化转化与能源材料化学教育部重点实验室	8	18	3.0	4.0
2	范佳杰	郑州大学材料科学与工程学院	4	1	1.0	1.0
3	王文广	广东工业大学材料与能源学院	6	18	2.0	4.0
4	陆亚超	中南民族大学资源与环境学院催化转化与能源材料化学教育部重点实验室	2	5	1.0	2.0
5	欧小雨	中南民族大学资源与环境学院催化转化与能源材料化学教育部重点实验室	1	0	0.0	0.0