CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO阵列修饰Ni阳极的制备及光催化制氢性能

doi:10.7503/cjcu20140811

高等学校化学学报 ›› 2015, Vol. 36 ›› Issue (5): 971.doi: 10.7503/cjcu20140811

CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO阵列修饰Ni阳极的制备及光催化制氢性能

何田田, 陈爱平(), 孙秀丽, 林启志, 李春忠

华东理工大学材料科学与工程学院, 超细材料制备与应用教育部重点实验室, 上海 200237

收稿日期:2014-09-05 出版日期:2015-05-10 发布日期:2015-04-15
作者简介:联系人简介: 陈爱平, 男, 博士, 教授, 博士生导师, 主要从事纳米催化剂设计与制备、纳米颗粒分散体系性质等研究. E-mail: apchen@ecust.edu.cn
基金资助:
中央高校基本科研业务费专项资金(批准号: WD1313009)和上海市科委基础重大项目(批准号: 14JC1490900)资助

Preparation of CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO Arrays Modified Ni Anode and Its Photocatalytic Performance for Hydrogen Evolution^†

HE Tiantian, CHEN Aiping^*(), SUN Xiuli, LIN Qizhi, LI Chunzhong

Key Laboratory for Ultrafine Materials of Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering,East China University of Science and Technology, Shanghai 200237, China

Received:2014-09-05 Online:2015-05-10 Published:2015-04-15
Contact: CHEN Aiping E-mail:apchen@ecust.edu.cn
Supported by:
† Supported by the the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China(No.WD1313009) and the Major Project of Shanghai Municipal Science and Technology Commission Foundation, China(No.14JC1490900)

摘要/Abstract

摘要：

采用层层自组装方法在Ni片阳极上构建TiO₂/ZnO纳米棒阵列, 以二氧化钛前驱体溶胶中掺杂的铁和镍为催化剂, 通过气相沉积法在TiO₂/ZnO纳米棒阵列间原位生长碳纳米管(CNTs), 得到CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO复合光催化剂修饰的光活性Ni片阳极. 以碱性电解池为基础, 用紫外线辐照修饰的Ni阳极实现光催化和电解水的有机耦合制氢过程. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、拉曼光谱(Raman)和电化学阻抗谱(EIS)对CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO复合膜光催化剂的结构进行了表征, 并测试了其光催化辅助电解水制氢(WEAP)活性. 结果表明, 生长了碳纳米管的光催化复合膜CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO修饰的Ni阳极的产氢速率分别比Fe-Ni/TiO₂/ZnO修饰的Ni阳极和纯Ni片提高了93.7%和533.0%.

关键词: 二氧化钛, 碳纳米管, 光催化, 制氢

Abstract:

TiO₂/ZnO nanorode arrays(TiO₂/ZnO NRs) were fabricated on Ni substrate anodes by layer by layer(LBL) method. Fe and Ni doped in the TiO₂ precursor were used as the catalyst to grow carbon nanotubes(CNTs) on TiO₂/ZnO surface by in situ chemical vapor deposition method. The photo-active Ni anode modified by composite photcatalyst of CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO was obtained. Field emission scanning electron microscopy(FESEM), transmission electron microscopy(TEM), Raman spectroscopy, electrochemical impedance spectroscopy(EIS) were used to characterized the structure and properties of the modified anodes. The photocatalytic performance of the modified photoactive anode on the decomposition of water for hydrogen evolution was investigated under the irradiation of ultraviolet light. The results showed that the rate of hydrogen evolution on the photoactive anode modified by CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO increased by 93.7% and 533.0% compared to those on the anodes modified by Fe-Ni/TiO₂/ZnO NRs and sole Ni, respectively.

Key words: Titanium dioxide, Carbon nanotube, Photocatalysis, Hydrogen evolution

中图分类号:

O646

TrendMD:

何田田, 陈爱平, 孙秀丽, 林启志, 李春忠. CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO阵列修饰Ni阳极的制备及光催化制氢性能. 高等学校化学学报, 2015, 36(5): 971.

HE Tiantian, CHEN Aiping, SUN Xiuli, LIN Qizhi, LI Chunzhong. Preparation of CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO Arrays Modified Ni Anode and Its Photocatalytic Performance for Hydrogen Evolution^†. Chem. J. Chinese Universities, 2015, 36(5): 971.

图/表 6

Fig.1 FESEM images of different nanostructures assembled on Ni substrate(A) ZnO seeds; (B) ZnO nanorode; (C) Fe-Ni/TiO2/ZnO nanorodes; (D) CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO composite of nanorod and nanotube.

Fig.2 TEM images of different nanostructures assembled on Ni substrate (A) CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO nanocomposite; (B) Fe-Ni/TiO2/ZnO nanorode.

Fig.3 Nyquist plots for ZnO(a), Fe-Ni/TiO2/ZnO(b) and CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO(c) composite thin film modified electrodes

Fig.4 Raman spectrum of CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO composite

Fig.5 Hydrogen evolution of photo-assisted electrolysis of water with different modified Ni anode under ultraviolet light irradiationa. Ni; b. ZnO; c. Fe-Ni/TiO2/ZnO;d. CNT/Fe-Ni/TiO2/ZnO.

Table 1 Results of repeat experiments

Cycle number	Hydrogenproduction(mL·h^-1·cm^-2)
Cycle number	Fe-Ni/TiO₂/ZnO anode	CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO anode
1	3.63	7.07
2	2.52	7.03
3	2.12	6.69
4	1.23	6.82

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CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO阵列修饰Ni阳极的制备及光催化制氢性能

Preparation of CNT/Fe-Ni/TiO₂/ZnO Arrays Modified Ni Anode and Its Photocatalytic Performance for Hydrogen Evolution^†

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