摘要：利用半导体光催化裂解水制氢被认为是解决日益严重的环境污染和能源短缺问题的有效途径之一,然而半导体光吸收范围窄、光生载流子复合率高以及光催化剂氧化还原能力差等问题限制了该技术的发展.为克服这些难题,构建能带结构匹配的S型异质结成为提高光催化活性的有效策略.该结构能实现光生载流子的空间分离和转移,有效地抑制其复合,同时保留了光催化体系的强氧化还原能力.本文利用原位化学浴沉积法成功地将ZnIn_(2)S_(4)纳米片修饰在花状TiO_(2)微球表面,制备了具有独特分级结构的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结光催化材料,并研究了其光催化析氢活性.Zeta电位结果表明,TiO_(2)带有正电荷,可以率先吸附溶液中的S2-并与后续加入的In3+和Zn2+原位反应生成ZnIn_(2)S_(4),进而构建稳定的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂.X射线粉末衍射、扫描电镜和透射电镜等结果证实了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结光催化剂的成功制备.紫外-可见漫反射结果表明,ZnIn_(2)S_(4)的引入明显增强了TiO_(2)的光吸收能力.结合莫特-肖特基曲线、X射线光电子能价带谱和紫外光电子能谱等表征结果,确定了TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的能带结构及费米能级位置.光电流密度、电化学阻抗、表面光电压、荧光光谱和时间分辨荧光光谱等测试结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有较好的光生载流子分离和转移效率以及更长的光生载流子寿命.线性扫描伏安和接触角测试证明了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的过电势和良好的亲水性,更有利于析氢反应发生.通过阿伦尼乌斯方程对反应温度和析氢速率之间的关系进行拟合,结果发现,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结具有更低的析氢反应表观活化能,从而更有利于光催化析氢反应发生.非原位和原位X射线光电子能谱以及电子自旋共振光谱等结果表明,TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结遵循S型电子转移机理.在模拟太阳光照射下,最佳配比的TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4)异质结的光催化析氢速率达6.85 mmol g^(-1) h^(-1),分别约为纯TiO_(2)和ZnIn_(2)S_(4)的171.2倍和3.9倍.此外,经六次循环后催化材料仍保持良好的光催化析氢活性,表明具有紧密界面接触的分级结构异质结可以有效地抑制ZnIn_(2)S_(4)的光腐蚀,且保持良好的结构稳定性.综上,本文构建了TiO_(2)/ZnIn_(2)S_(4) S型异质结,有效促进了光生载流子的空间分离和转移,同时保留了其强氧化还原能力,从而提高光催化析氢活性.本研究为设计和合成高效的异质结光催化剂提供了参考.

摘要：铅酸蓄电池的电解液变化对于电池安全运行状态至关重要,研究植入性传感技术有助于精确监控蓄电池内部电解液变化等过程,及时在线获得蓄电池的实时工作性能与状态,在蓄电池安全监测领域具有重要意义。文章提出并设计了一种基于全光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,FP)干涉仪的液体浓度传感器,其探头是由两段单模光纤和一段U形毛细石英玻璃管构成的开放式FP腔,可以使液体轻松进入空腔,不易形成气泡。该结构具有耐强酸强碱、侵入性低、体积小、抗电磁干扰和绝缘体特性等优势,可植入铅酸蓄电池内部,实现对电解液中的硫酸溶液浓度的实时在线监测。结果表明:在硫酸为0~30%的体积分数范围内,FP腔的有效腔长和硫酸溶液的体积分数具有良好的线性度,其拟合系数达0.995,硫酸溶液的体积分数测量值与真实值之间的最大偏移量<±1.05%。

摘要：负载型金(Au)纳米催化剂对CO氧化反应过程具有较高的催化活性,而其负载载体的物化性质对Au催化活性的提升有显著影响。系统地总结了几种常见的Au催化剂载体(活性载体:TiO_(2)、CeO_(2)以及Co_(3)O_(4);惰性载体:SiO_(2)和Al_(2)O_(3))在协调Au催化氧化CO过程中的催化性能及相关的作用机制,重点分析了各载体对催化性能的影响,对负载型Au催化剂载体的选择及设计提供指导,并对未来Au催化剂的发展方向做了展望。