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异质结 TiO2/SrTiO3 纳米管阵列薄膜制备探究

2014.4.21

Tianjin University

汇报人：胡文丽

汇报内容

四、下阶段计划

一、实验安排

二、实验进展

三、遇到的问题

Tianjin University

一、实验安排

1 、材料制备 纯 TiO2 、水热 1h 、水热 2h 、水热 3h 、水热 5h 空气中退火，温度为 450℃ 、 550℃ 、 650℃ 、 800℃

2 、光电催化活性实验： 纯 TiO2 、 1h 、 2h 、 3h 、 5h

3 、材料表征： 水热 1h 、 2h 、 3h 、 5h 样品 XRD 、 TEM 、 SEM 、 Raman 、 XPS

二、实验进展1 、材料制备

1 ）清洗钛片：洗涤剂 无水乙醇超声 异丙醇超声 去离子水超声 120℃ 干燥

2 ）阳极氧化： 反应体系：乙二醇 (320ml)+0.5wt%NH4F+3%H2O 反应条件：钛片作阳极、 Pt 针作对电极，电极间距 3cm ， 电压 60V ，缓慢搅拌 一次阳极氧化：反应时间 30min ，去离子水超声去除氧化膜， 120℃ 干燥 二次阳极氧化：反应时间 2h ，乙醇冲洗、去离子水冲洗、 120℃ 干燥

3 ）水热反应： 配制不同浓度 Sr(OH)2 溶液： 水热体系浓度： 0.025M ， 水热反应时间： 0min 、 1h 、 2h 、 3h 、 5h 

4 ） 450℃ 、 550℃ 、 650℃ 、 800℃ 煅烧、保温 2h 、升温速率 2 /min℃

Tianjin University

3 、材料表征3.1 XRD 表征

SrTiO3 对锐钛矿相 TiO2 的 (004) 晶面生长有促进作用，但是随着水热处 理 时 间 增加， TiO2 纳米管表 面 覆 盖 的SrTiO3 含 量 逐 渐增加，达到一定程度 后 ， SrTiO3(110) 面峰很强，而 TiO2 的

(004) 较弱。20 30 40 50 60 70 80 90

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

(200)

TiTiTi

Inte

nsit

y /a

.u.

2θ /°

SrTiO3TiO

2

Ti

TNTAs

STN-1

STN-2

STN-3

STN-4

(110)

(101)

(004) (200) (211) (220)

(004) (105)(211) (204)

3.2 SEM

a

b

3.2 TEM

STNs-2

0.23nmTi O2{004}

0.27nmSrTi O3{110}

c d

e f

3.3 Raman 光谱四处振动峰，分别对应锐钛矿相 TiO2 的 Eg 、B1g 、 A1g+B1g 和Eg 的振动模式。随着水热处理时间的增加，不同催化剂在这四处位置的分子振动峰的强度逐渐减弱；当水热处理时间为 5h 时，催化剂仅 在 波 数 为 140cm-1

时出现振动峰。

0 100 200 300 400 500 600 700 8000

10000

20000

30000

40000

50000

Int

ensi

ty /a

.u.

Ranman shift /cm-1

140

390 512633

STNs-4

TNTAs

STNs-2

248 cm-1 、 303 cm-

1 、 545 cm-1 、 624 cm-

1 、 678 cm-1 、 724 cm-

1 是 SrTiO3 二阶拉曼散射

526 528 530 532 534 536 538 540 54220000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

531.3

STNs-1

Inte

nsit

y (

a.u

)

Banding energy (eV)

O1s 530.3

526 528 530 532 534 536 538 540 54215000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000 STNs-2

Banding energy (eV)

Inte

nsit

y (

a.u

)

O1s

530.5

529.2

526 528 530 532 534 536 538 540

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

55000 STNs-4O1s

530.2Inte

nsit

y (

a.u

)

Banding energy (eV)

529.0

400 600 800 1000 1200 14000

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000STNs-1

CP

S

Banding energy (eV)

Sr3

d

Sr3

pC

1s

Ti2

p

O1s

O K

LL

3.4 XPS

Element Ti (a.%)

O (a.%)

Sr (a.%)

F (a.%)

水热 1h 17.35 59.1 18.6 5.0

水热 2h 14.2 48.4 14.9 2.7

水热 5h 15.4 51.1 16.0 1.7

130 132 134 136 1380

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

133.7

Inte

nsi

ty (

a.u

)

Sr 3d

Banding energy (eV)

STNs-1

135.4

130 132 134 136 1383000

6000

9000

12000

15000

18000

21000

24000

27000

Inte

nsit

y (

a.u

)

Banding energy (eV)

134.3

132.6Sr 3d STNs-2

130 132 134 136 138

5000

10000

15000

20000

25000

30000

132.5STNs-4

Banding energy (eV)

Inte

nsit

y (

a.u

)

134.2

Sr 3d

450 452 454 456 458 460 462 464 466 468 47010000

15000

20000

25000

30000

35000

40000STNs-4

Inte

nsi

ty (

a.u

)

Banding energy (eV)

463.5

457.9Ti 2p

450 452 454 456 458 460 462 464 466 468 470

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000STNs-1

Inte

nsit

y (

a.u

)

Banding energy (eV)

459.2

464.8

Ti2p

450 452 454 456 458 460 462 464 466 468 47010000

15000

20000

25000

30000

35000

40000STNs-2

463.6

Inte

nsit

y (

a.u

)Banding energy (eV)

458.0Ti 2p

4 、光电催化

4.1 反应装置及体系：反应装置：光电反应器、电化学工作站和高压汞灯 反应体系：光电化学测试和反应采用三电极系统 , 其中 TiO2/GC 为工作电极 (WE) ， Pt 丝为对电极 (CE) ；饱和甘汞电极为参比电极 (SCE); 0.1mol/L-

1NaCl 为支持电解质

4.2 最优电压条件摸索

2.2.1 纯 TiO2 样品在电压范围 0.1~0.7v 以及 2v~5v 光电催化 MB 降解率

2.2.2 水热 30min 样品在电压范围 0.1~0.7v 以及 1v~5v 光电催化 MB 降解率

2.2.3 水热 2h 样品在电压范围 0.1~0.7v 以及 1v~5v 光电催化 MB 降解率

4.3 光电催化活性

摸索最优条件：PH=5 ， 电 压=0.5v

水 热 反 应 1-5h 样品 ， 水热 1h 样活性最高。水热处理时 间 为 5h 时，催化剂光电催化 MB溶液的降解率低于未 水 热 处 理 的TiO2 。

0 5 10 15 20 250.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

(C0-

C)/

C0

TNTAs STNs-1 STNs-2 STNs-3 STNs-4

Time (min)

(a)

Fig. Curves of photoelectrocatalysis degradation efficiency of MB solution over different samples

20 30 40 50 60 70 80 90

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

7200

8000 (004)

(220)(211)(200)

Inte

nsit

y /a

.u.

2θ /°

1h-800℃

1h-650℃

1h-550℃

Ti

TiO2

1h-450℃

SrTiO3

TiO2

(110)

20 30 40 50 60 70 80 90

0

800

1600

2400

3200

4000

4800

5600

6400

7200(004)

Inte

nsit

y /a

.u.

2θ /°

2h-800℃

2h-650℃

2h-550℃

Ti

TiO2

2h-450℃

SrTiO3

TiO2

(220)(211)(200)

(110)

三、目前实验进展及问题

STNs-1  110 004 (110) / (004)

800℃ 1148 1895 0.606

650℃ 760 1119 0.679

550℃ 391 305 1.282

450℃ 291 611 0.476

STNs-2  110 004 (110) / (004)

800℃ 1085 1846 0.588

650℃ 447 412 1.085

550℃ 619 531 1.166

450℃ 814 857 0.950

四、下阶段安排

1 、继续制备样品，对水热时间为 1h-5h 样品，不同温度煅烧样品，通过光电催化 实验确定催化活性。

2 、完善水热时间为 1-5h 样品的表征测试。

3 、完成光电催化中纯 TiO2 、水热 30min 、 2h 的光催化、电催化实验

4 、进行数据系统处理、增加文献阅读量、构建论文框架。

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