碳纳米管_半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用

第23卷第8期2011年8月

化学进展

PROGRESS IN CHEMISTRY

Vol．23No．8Aug．2011

收稿：2010年10月，收修改稿：2010年12月

*国家自然科学基金项目（No．20773041，21043005）和教育部高等学校博士点基金项目（No．20070561008）资助＊＊Corresponding author

e-mail ：zhangwd@scut．edu．cn

碳纳米管/半导体纳米复合材料的

光电化学特性及其应用

*

王

娟

刘

颖

张伟德

＊＊

（华南理工大学化学与化工学院

广州510640）

摘

要

光电化学过程是在光作用下的电化学过程，它是光伏电池，光电催化等实际应用的基础，是当

前十分活跃的研究领域。碳纳米管具有很高的热稳定性，良好的导电能力，大的比表面积，被认为是半导体纳米粒子的有效载体，

其独特的一维结构可以为电子提供有效的传输路径。碳纳米管与半导体材料复合，能实现碳纳米管和半导体在结构和性能上的协同，近年来在光电化学领域受到了广泛的关注。本文基于国内外最新研究进展，结合本课题组的研究成果，综述了碳纳米管/半导体复合材料的光电协同作用机理及其在太阳能电池、光电催化降解污染物、光电协同分解水制氢领域中的应用。

关键词

碳纳米管

半导体

光电化学

协同作用

中图分类号：O649.4

文献标识码：A

文章编号：1005-281X （2011）08-1583-08Photoelectrochemical Properties and Applications of Carbon

Nanotubes /Semiconductor Nanocomposites

Wang Juan

Liu Ying

Zhang Weide ＊＊

（School of Chemistry and Chemical Engineering ，South China University of

Technology ，Guangzhou 510640，China ）

Abstract

Photoelectrochemical process is an electrochemical process under light irradiation ，which is a very

active research field currently．

It is also the base of practical applications for photovoltaic cells ，

photoelectrocatalysis and so on．The high performance photoelectrochemical devices are strongly dependent on advanced semiconductors or their nanocomposites with high quantum efficiency．On the other hand ，because of their good chemical and thermal stability ，high electrical conductivity and large surface area ，carbon nanotubes （CNTs ）have been used as effective supports for semiconductors ，and their unique one-dimensional geometric structure

provides

effective

transmission

path

for

electrons．

Moreover ，carbon

nanotube /semiconductor

nanocomposites which have attracted great attentions usually exhibit synergistic effect for high photoeletrochemical response．The recombination of photo-induced electrons and holes will be restrained further with the applied bias voltage ，thus facilitates the transfer of electrons to the external circuit．In this review paper ，we summarize the progress of the recently published literatures and our findings on photoelectrochemical properties and applications based on carbon nanotubes /semiconductor nanocomposites．

The enhancement mechanism for the high

photoelectrochemical performance of the nanocomposites is discussed．The applications including solar cells ，photoelectrochemical degradation of pollutants and splitting of water for hydrogen generation are introduced in details．The prospect and challenge to the material science and future applications are also discussed．

·1584·化学进展第23卷Key words carbon nanotubes；semiconductor；photoelectrochemistry；synergistic effect

Contents

1Introduction

2Mechanism of photoelectrochemical synergistic effect of CNTs/semiconductor nanocomposites

2.1Synergistic effect based on characteristics of

CNTs and semiconductor

2.2Synergistic effect based on light irradiation and

applied potential

3Applications

3.1Solar cells

3.2Photoelectrochemical degradation of pollutants 3.3Splitting of water for hydrogen generation

4Conclusion and prospect

1引言

光电化学过程是在光作用下的电化学过程，即分子、离子及固体等因吸收光使电子处于激发态而产生的电荷传递过程。在很长时间里，光电化学的研究对象主要是溶液中光激发粒子在金属电极上的反应。1991年瑞士科学家O'Regan在Nature上报道了染料敏化半导体纳米结构电极实现了较高的光电转化效率［1］。继这一开创性的工作后，基于半导体纳米材料的光电化学成为研究的热点。另一方面，自从日本科学家Iijima制得碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）以来［2］，由于其独特的一维结构、大的比表面积（＞150m2·g－1）、超强的机械性能、高的热稳定性以及良好的导电能力（功函数为4.18eV，是电子的良好受体）引起了人们对碳纳米管的极大兴趣，大量的研究工作由最初的制备、结构和性能表征发展为目前主要研究碳纳米管在复合材料、储能材料、纳米器件、场发射装置、传感器和显微探针等方面的应用［3，4］。碳纳米管可视为由石墨层卷曲形成的无缝空心圆柱，分为多壁碳纳米管（MWCNTs）和单壁碳纳米管（SWCNTs）。由于其优越的物理化学性质和独特的结构，碳纳米管被认为是理想的电极材料和许多活性物质的载体。碳纳米管与半导体纳米材料复合，能实现碳纳米管和半导体在材料结构和性能上的协同，在场致发射器件［5］，高分子强化材料［6，7］，超级电容器［8—11］，化学和生物传感器［12—16］，光催化［17—21］及光电子器件［22，23］方面都得到广泛的应用。在光电化学领域，碳纳米管所起的作用包括：（1）提高半导体电极材料的导电性；（2）为半导体上的光生电子提供快捷的传输路径（如图1），从而抑制光生电子-空穴的复合，提高光电转换效率［24］；（3）作为载体材料，可以有效地分散半导体纳米材料；（4）减少光反射，有利于光的吸收；（5）降低半导体材料的光腐蚀。本课题组最近制备了碳纳米管与TiO

2

和ZnO等的纳米复合材料（图2），并研究了其电子传递和光电化学性能［25，26］。本文结合课题组研究成果，系统地介绍了碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电协同作用机理及其在太阳能电池，光电催化降解污染物，光解水制氢等方面的应用

。

图1电子沿碳纳米管传递和在纳米颗粒间传递示意图Fig．1Electron transport along a carbon nanotube and between

nanoparticles

图2ZnO纳米线（a，b）和TiO

2

纳米颗粒（c，d）修饰的碳纳米管的SEM图（a，c）和TEM图（b，d）［25，26］

Fig．2SEM（a，c）and TEM（b，d）images of ZnO NWs/

MWCNTs（a，b）and TiO

2

/MWCNTs（c，d）［25，26］

第8期王娟等碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用·1585·

2碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电协

同作用机理

2.1基于碳纳米管和半导体材料特性的异质协同

作用

在所有的半导体光电材料中，TiO

2

是最具实用

意义的一种，它具有廉价易得，光活性高，无毒无害，

生物和化学性质稳定，抗光腐蚀等特点。但是，TiO

2

导电率低，不能有效地传递光生载流子，使得光生电

子和空穴极易在其表面或体内复合，而且复合在纳

秒间就完成。碳纳米管具有良好的导电性，电子储

量大（每32个碳原子储存一个电子）。TiO

2

受激发

后产生的光生电子-空穴对，电子存在于TiO

2

的导

带，空穴存在于价带；由于碳纳米管的功函高于

TiO

2

，电子可以从导带转移到碳纳米管。这是碳纳

米管可以增强半导体材料光催化活性的主要原因，

其增强机理已经在相关的综述文章中详细论述［27］。

而在光电化学研究中，光电材料通常是以电极的形

式出现。将光电材料固载在导电衬底上，并连接外

电路。常用的载体电极通常有导电玻璃（ITO/

FTO），碳纤维，金属如Ti片、Cu片、Zn片、Ta片等。

Deepa等［28］用电化学沉积法和电泳法结合，成功地

制备了FTO/CdSe/f-MWCNTs光阳极，在+0.45V

恒电势，80?油浴条件下在FTO上电沉积得到CdSe

薄膜，FTO/CdSe电极浸入功能化碳纳米管溶液中

电泳得到FTO/CdSe/f-MWCNTs。光电化学性能测

试表明，FTO/CdSe/f-MWCNTs比FTO/CdSe光压高

出了10倍。更重要的是，在光电流测试中，FTO/

CdSe在光照390min后，光电流从6.5μA衰减到了

0.6μA，但FTO/CdSe/f-MWCNTs在光照840min后

仍保持其原有光电流4μA，说明f-MWCNTs和CdSe

结合后不仅能加快光生电子的传输，抑制光生电子

和空穴的复合，产生更大的光电流，而且能降低

CdSe的光腐蚀，使CdSe稳定存在。此外，碳纳米管

的一维结构也为电子的快速传输提供了有效的路

径。电子沿碳纳米管快速传递，从而实现光生电子

与空穴的有效分离。碳纳米管/半导体纳米复合材

料的电荷分离和迁移性能可以用光电化学方法量化

分析。

Kongkanand等［29，30］采用光电化学方法研究了

SWCNTs与TiO

2间的电子传递，紫外光照射下，TiO

2

光生电子从价带跃迁到导带，再迅速传递至电极表面并经外电路形成瞬态电流，TiO

2

/SWCNTs光电极

的瞬态光电流较TiO

2光电极明显增大，说明

SWCNTs抑制了光生电子-空穴的复合。Kongkanand

等还发现，随着SWCNTs含量的提高，瞬态吸收光谱

中，光生电子被Ti4+捕获形成Ti3+的特征吸收峰不

断减弱，表明被Ti4+捕获的电子减少是由于这部分

电子转移至增加的SWCNTs。本课题组研究了

MWCNTs负载ZnO纳米线的光电化学性能并对其

光电转换机理做出了解释，如图3［25］。当紫外光照

射到ZnO-NWs表面时，电子受到激发从而跃迁至导

图3ZnO纳米线/碳纳米管上电荷分离和传递示意

图［25］

Fig．3A schematic diagram of charge separation and

transportation at the ZnO-NWs/MWCNTs heterojunction［25

］

图4（a）MWCNTs，（b）ZnO-NWs，（c）ZnO-NWs/

MWCNTs电极在紫外光照射下，（d）ZnO-NWs/MWCNTs

电极在可见光照射下的短路光电流响应［25］

Fig．4Short-circuit photocurrent density vs time curves of

（a）MWCNTs，（b）ZnO-NWs，（c）ZnO-NWs/MWCNTs

under ultraviolet illumination，and（d）ZnO-NWs/

MWCNTs under sunlight illumination in0.10M Na

2

SO

4

solution［25］

带；同时，MWCNTs作为电子受体并具有吸电子诱

导效应，光生电子从ZnO导带迁移到MWCNTs，

MWCNTs促进了光生电子在ZnO-NWs和MWCNTs

界面发生快速的转移，并沿MWCNTs传输到外电

路，抑制了光生电子-空穴的复合，产生光电流，提高

·1586·化学进展第23卷

了光电转换效率。在紫外光照射下，短路时的瞬态

光电流如图4［25］。MWCNTs具有非常微弱的光电流响应，因为MWCNTs可以看成是一种半导体。另外，ZnO-NWs/MWCNTs异质结的光电流高于单独使用ZnO纳米线或MWCNTs的短路光电流之和，说明ZnO-NWs和MWCNTs之间存在着异质协同作用。在紫外光照射下，与纯的ZnO纳米线相比，ZnO-NWs/MWCNTs产生了更高的光电流，表明具有更高的光电活性和光电转换效率。三维纳米结构的ZnO-NWs/MWCNTs异质结提供了大的比表面积以及特殊的形貌，使得在同样的时间内，电极表面能够吸收更多的光子。而且ZnO纳米线可以为光生电子提供连续的传导路径，引入MWCNTs进一步提高了电子传导性。光照后ZnO纳米线所产生的电子通过MWCNTs快速传递到外电路，提高了光生载流子的分离效率。

2.2光和电的协同作用

外加偏压是光电化学过程中的一个重要参数。在光电极上施加阳极偏压可以在电极内部形成一个电势梯度，促使光生电子和空穴朝相反的方向移动，加速其分离，从而降低光生电子与空穴的复合速率，这种降低效应可直接体现在光电流的增强上。Buterfield等［31］的研究表明，即使是非常小的外加偏压，也能有效地分离光生电子和空穴。杨绍贵等［32］研究了TiO

2

纳米管阵列在汞灯照射下降解持久性污染物五氯苯酚（PCP），电催化降解过程几乎可以忽略，光催化动力学常数为0.0129，而光电催化动力学常数却高达0.0253，远大于电催化和光催化降解之和，表明光电化学降解过程具有明显的光电协同效应。Kongkanand等［29］以导电碳纤维（CFE）为衬底，通过电泳沉积，在CFE表面负载一层SWCNTs

薄膜，再将分散有TiO

2

纳米颗粒的溶液，均匀滴涂

到SWCNTs/CFE上。作者对TiO

2

/SWCNTs/CFE电

极的光电化学性能测试表明，TiO

2

/SWCNTs/CFE电

极的表观费米能级比未负载TiO

2

的电极负移了

100mV左右，说明费米能级在TiO

2

和SWCNTs两系

统间已经达到了平衡。TiO

2

/SWCNTs/CFE电流密

度比单纯的TiO

2

增加了3倍，光电转换效率提高了2个数量级，达到了16%。这说明SWCNTs作为传导骨架使得纳米半导体薄膜里载流子的收集和转移效率提高了。本课题组研究了外加偏压对ZnO纳米线/MWCNTs光电化学性能的影响，结果如图5［25］。在紫外光照射下，未施加偏压时，ZnO-NWs/ MWCNTs电极的光电流密度为0.68mA·cm－2，而在+1.0V时，其光电流密度可达到1.68mA·cm－2。

光电流的增加说明光生载流子被有效地分离，因为光生电子-空穴对的复合被外加偏压所抑制。此外，我们还研究了TiO

2

/MWCNTs的电子转移和光电催

化过程中光电协同作用。考察了TiO

2

/MWCNTs在电催化、光催化、直接光解以及光电协同作用下降解罗丹明B（RhB），结果如图6［26］所示。在施加+0.5V偏压和紫外光照射下，在0.10M NaOH电解液中光电催化降解RhB的速率明显高于其光催

化

图5（a）暗态，（b）可见光，（c）紫外光照射下ZnO-NWs/MWCNTs电极的I-V曲线［25］

Fig．5Photocurrent-potential curves of the ZnO-NWs/ MWCNTs electrode under（a）dark，（b）sunlight and（c）ultraviolet light．Scan rate：50mV·s－1［25

］

图6TiO

2

/MWCNTs纳米复合材料在（a）电催化，（b）光解，（c）光催化，（d）光电催化条件下对罗丹明B降解的

动力学曲线［26］

Fig．6The variation of the RhB concentration in（a）electrochemical process without UV irradiation，（b）photolytic，（c）photocatalytic，and（d）

photoelectrocatalytic processes at+0.5V at the TiO

2

/ MWCNTs nanocomposite in0.10M NaOH．Inset：the

dependence of ln（C

/C）on reaction time of the photocatalytic and photoelectrocatalytic processes［26］

第8期王娟等碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用·1587·

或者直接光解RhB的速率。而未光照时，TiO

2

/

MWCNTs对RhB的电催化降解也很低，几乎可以忽

略不计。光电催化氧化降解污染物的速率明显高于

光催化氧化与电催化氧化反应的单独作用之和，说

明该降解过程具有显著的光电协同作用。

3碳纳米管/半导体纳米复合材料的应用

如上所述，添加碳纳米管可以提高半导体材料

的光电转换效率。这一显著的优点使得碳纳米管/

半导体纳米复合材料有望在太阳能电池、光电催化、

光解水制氢和光电微纳器件等方面得到应用。下面

将详细介绍碳纳米管/半导体纳米复合材料的应用。

3.1太阳能电池

CNTs用于太阳能电池一般是和有机物复合制

成染料敏化太阳能电池。碳纳米管可以吸附染料分

子，并且具有很好的电子传导能力。这样制得的太

阳能电池的量子效率通常很低。因此，人们开始研

究碳纳米管和其他半导体材料复合，借此来提高光

电转换效率。1991年，O'Regan［1］第一次提出染料

敏化太阳能电池的概念代替之前的无机p-n结太阳

能电池，由于其优良的光电性能，因此具有较高的光

电转化效率；又因为其价格低廉，易于构建，因此有

望作为下一代太阳能电池而得到广泛应用。Jang

等［33］早在2004年就成功地将经酸化处理后的

SWCNTs和TiO

2

以及染料结合在一起，研究了

SWCNTs/TiO

2

电解液界面的电流-电压特性。采用

改性后的SWCNTs修饰TiO

2

薄膜，其短路电流

（Jsc）增加了25%。这是因为经功能化处理后的

SWCNTs与TiO

2

颗粒之间的相互作用增强，而且分

散在碳纳米管上的TiO

2

可以更有效地吸收光。Lee

等［34］用溶胶-凝胶法先将TiO

2

与MWCNTs复合，再

与TiO

2混合制成薄膜。与未掺杂的TiO

2

薄膜相

比，添加TiO

2

-MWCNTs（0.1wt%）的光电效率提高了50%，这是因为短路电流（Jsc）提高了。当掺杂

量小于0.1wt%时，短路电流由8.48mA·cm－2增加

到13.5mA·cm－2，Jsc的提高则是因为TiO

2

-

MWCNTs和TiO

2

薄膜之间相互作用增强，碳纳米管有效地促进了电子在半导体薄膜中的传递。Lee

等［35］将TiO

2

与MWCNTs复合制成多孔薄膜电极，

在低温下制作了DSSCs。研究表明，当TiO

2

电极含0.1wt%的MWCNTs时，电池的短路电流密度达到最大（Jsc=9.08mA·cm－2），开路电压为0.781V，电池转换效率达到5.02%。Lee等［36］解释了SWCNTs

在CdS/TiO

2/SWCNTs/ITO量子点染料敏化太阳能

电池中的作用，即对于底层分布SWCNTs的纳米复

合薄膜，底层中的SWCNTs在ITO表面形成了比较

稀疏的导线网络，光照时，CdS/TiO

2

的光生电子和

SWCNTs自身产生的光电子很快被SWCNTs收集，

通过和ITO的电接触迅速传递到外电路。而表层

CdS/TiO

2

的光生电子在浓度扩散控制下向底层迁

移，抑制其向电解质溶液扩散，降低了光生电子/空

穴的复合几率。所以，底层分布SWCNTs的纳米复

合薄膜光电流较大，使得CdS/TiO

2

/SWCNTs/ITO量

子点染料敏化太阳能电池的光电转换效率比CdS/

TiO

2

/ITO提高了50%。Lee等［37］用水热法将β-

Cu

2

S纳米晶负载在MWCNTs上，然后与3-辛基噻

吩（P3OT）复合，构筑了Cu

2

S-MWCNTs/P3OT太阳

能电池，其光电性能优于单一的Cu

2

S或MWCNTs，

而且其光电转换效率（0.08%）比MWCNTs/P3OT

的光电转换效率高出一倍。

Landi等［38］将CdSe量子点（CdSe QDs）通过氨

基乙硫醇（AET）交联剂和SWCNTs结合，再将

CdSe-SWCNTs和3-辛基噻吩（P3OT）复合，构筑了

聚合物太阳能电池，其短路电流为0.16μA·cm－2。

Hasobe等［39］报道了一种新型的叠杯状碳纳米管

（SCCNTs）和SnO

2

的复合物用于构筑太阳能电池，

光电性能测试表明，该SCCNTs比常规碳纳米管更

有利于光生载流子的分离，SnO

2

/SCCNTs的光电响

应远高于SnO

2

/SWCNTs和单一的SCCNTs。当外加

偏压为+0.2V时，SnO

2

/SCCNTs最大光电转换效率

可达17%。Shu等［40］将硅纳米线（Si-NWs）和

MWCNTs薄膜复合形成Si-NWs/MWCNTs异质结太

阳能电池，MWCNTs具有良好的导电性能，易嵌入

半导体材料中，提高了光生载流子的分离效率。作

者发现该异质结的光电效率和Si-NWs的密度成正

比。在可见光照射下，电池的光电转换效率可达

1.29%。

3.2光电催化降解有机污染物

光电催化即电助光催化技术，可利用外加偏压

抑制光生空穴-电子对的复合而提高量子效率，同时

具有增加催化剂表面OH·的生成效率和不需向体

系内添加电子俘获剂的两大优点。在光电极上施加

阳极偏压可以在电极内部形成一个电势梯度，促使

光生电子和空穴朝相反的方向移动，加速了它们的

分离，降低了光生电子-空穴的复合速率，提高光电

催化效率。影响光电催化反应的因素很多，比如：外

加偏压，溶液的pH值，目标物的初始浓度，照射光

强，溶液中的电解质，溶液的温度，溶液中的传质，通

·1588·化学进展第23卷

入气体量等，这些都是光电催化系统中的重要参数。

但一般认为外加电压，光强与溶液初始pH值是更

为重要的影响因素。

李达钱等［41］报道了TiO

2

/CNTs电极光电催化

测定耐兰，先把电极浸泡在耐兰溶液中，吸附一定时

间后，置于缓冲溶液中，在恒定的紫外光照射下，测

定光电催化过程中产生的电流，同时与未照射的光

电化学响应值进行对照。实验结果表明，光电响应

的增强与CNTs作为载体有关。Jiang等［42］以Ti片

为衬底，用液相沉积的方法制备了TiO

2

/CNTs薄膜。

光电性能测试表明，TiO

2

/MWCNTs的光电响应比

TiO

2提高了一倍。TiO

2

/MWCNTs对甲基橙的电催

化效果几乎可以忽略，其光催化及光电催化降解甲

基橙速率都比纯TiO

2的高。TiO

2

/MWCNTs光电协

同催化降解甲基橙效果最好，反应90min，降解率达到了95%。

本课题组［26］采用水热合成法成功制备了TiO

2

/ MWCNTs异质结阵列，并对该异质结的电荷转移及对RhB的光电催化性能进行了研究，如图7所

示［26］。当紫外光照射TiO

2/MWCNTs时，TiO

2

的电

子受到激发，电子从TiO

2

的价带跃迁至导带。通过

施加一个外加偏压，促使光生电子转移到外电路，而

光生空穴与表面吸附的H

2

O或者OH－发生反应产生高活性氧化物种OH·，从而提高RhB的降解率。

TiO

2

光催化和光电催化降解RhB的动力学常数k

分别为0.024min－1和0.027min－1，而TiO

2

/ MWCNTs的相应动力学常数k分别为0.032min－1和0.076min－1。活性提高的原因可以归结为：（1）MWCNTs能作为吸附剂对污染物和降解中间产物

进行富集；（2）采用碳纳米管作为载体，有利于TiO

2纳米颗粒的分散，减少团聚，其大的表面积能使之充分与污染物接触；（3）MWCNTs独特的一维结构为光生电子提供了快速有效的传输路径，促进了光生载流子的分离和迁移，提高光电催化降解效率。值得一提的是，由于电解液初始pH值影响半导体的表面电荷、导带和价带能级的位置，不同的电解质溶液对光电催化性能也有一定的影响，我们发现，碱性比中性条件更有利于光电催化降解RhB。由于OH－与光生空穴反应，生成了具有强氧化性的OH ·，提高了光电催化降解RhB的速率。李家麟等［43］用CVD法制备了碳纳米管空气阴极，光电催化降解活性艳红X-3B，在120min时，降解率达到了95.3%，远高于在同样的条件下炭黑空气阴极对活性艳红X-3B的降解率。由于光电协同作用，在通入O

2

时，溶液中生成OH·，使X-3B氧化降解脱色。

同时，碳纳米管和炭黑本身对活性艳红有一定的吸附作用，由于碳纳米管与炭黑的结构存在本质的差别，导致两者的物理化学吸附性能与光电催化性能

的差别。Zhang等［44］成功制备了Ag-CNTs/TiO

2

纳米复合材料，并将其用于光电催化降解亚甲基蓝。作者考察了不同组分含量对材料光电催化性能的影响。当C，O，Ti，Ag的元素含量分别为36.24%，29.64%，26.57%及6.67%时，该纳米复合材料光电催化降解亚甲基蓝性能最佳

。

图7TiO

2

/MWCNTs异质结光电催化机理示意图［26］

Fig．7Schematic diagram of photocatalysis at the TiO

2

/ MWCNTs hybrid［26］

3.3光电协同作用分解水制氢

日本科学家Fujishima和Honda［45］在TiO

2

单晶

电极光分解水制H

2

的成功，标志着一个获取清洁能源新时代的开始。随着光电化学的发展，近年来半导体材料在光电协同作用下分解水制氢，即在施加外电压作用下，光解水制氢，成为了光电化学领域研究的热点，其原理如图8所示。用于光电协同分解水制氢的理想的光阳极材料应满足下列条件：（1）相对窄的禁带宽度，能吸收太阳光；（2）与水分解产氢相匹配的价带和导带位置；（3）光生载流子能有效地分离和传输；（4）良好的表面电催化性能；（5）高的化学和光稳定性；（6）廉价易得。但几乎不存在可以同时满足以上条件的单一半导体光电材料。

近年来半导体的复合光电材料作为光阳极在光电协同分解水制氢上显示了比单一材料更优异的性

能。TiO

2

［46］、ZnO［47］、WO

3

［48］、Fe

2

O

3

［49］的复合纳米材料等均被报道可用于光电协同作用下分解水制

氢。Park等［50］将TiO

2

纳米颗粒和CNTs分别分散在Nafion中，其含量分别为25wt%和1.0wt%，两溶

液再以一定比例混合，得到的TiO

2

-Nafion-CNTs混合液涂在FTO上，然后浸入含染料敏化剂的溶液

中，染料敏化剂被吸附到TiO

2

/CNTs/FTO电极上。在三电极体系中，在可见光照射下，并施加+0.4V

第8期王娟等碳纳米管/半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用·1589

·

图8光解水制氢原理图

Fig．8

Schematic diagram of photocatalytic splliting for

generation of H 2

偏压测量对该染料敏化TiO 2/CNTs /FTO 电极的光电性能。引入CNTs 后，光解水产氢量和光电流均比TiO 2/FTO 明显提高了数倍。随着CNTs 组分含量的增加，水解产氢量在CNTs 质量分数为2.1wt%时达到最大。

Dai 等

［51］

用水热法直接将TiO 2纳米颗粒负载在

MWCNTs 上，然后再负载一定量的Pt ，当Pt 的负载量为1wt%时，Pt /TiO 2/MWCNTs 产氢速率高达8092.5μmol

·g －1

h

－1

。Ou 等

［52］

合成了TiO 2-Ni /MWCNTs ，并

考察了其光解水制氢性能。发现TiO 2-Ni 光解水制氢性能较差，引入CNTs 后，产氢速率明显提高。当CNTs 含量为4.4wt%时，产氢速率可达38.1μmol ·g －1h －1，但CNTs 含量超过4.4wt%时，其产氢速率反而下降。Wu

［53］

等对SWCNTs /Pt /TiO 2在紫外光照下分解水

产氢性能进行了研究。当Pt 负载量为0.06wt%时最大产氢速率为2300μmol ·g －1

h

－1

，当Pt 的负载

量超过0.06wt%时，产氢速率达到平衡状态

2000μmol ·g

－1

h

－1

。Li 等

［54］

报道了采用CdS /

TiO 2/MWCNTs 纳米复合材料光解水制氢，其平均产氢速率比CdS /TiO 2提高了18%，

说明MWCNTs 的引入大大提高了该材料的光电化学性能。目前采用碳纳米管/半导体纳米复合材料光解水制氢的研究还不多，值得进一步深入探索。

4结语与展望

近年来，碳纳米管/半导体纳米复合材料以其独

特的物理化学性质成为光电化学领域研究的热点。碳纳米管和半导体复合后，由于碳纳米管和半导体在光电化学过程中存在着异质协同作用，材料的光电性能明显增强。同时，光电化学过程与传统的单一光过程，

如光催化相比，通过施加偏压，实现光和电在化学过程中的协同作用，使光生电子在外加偏压的作用下从碳纳米管/半导体纳米复合光电极快速导入到外电路，从而进一步抑制了光生电子-空穴的复合，提高光电效率。而且可以利用碳纳米管一维结构的特点，

构建纳电子光电器件，如基于单根单壁碳纳米管的场效应电子管在采用半导体纳米颗粒修饰后具有良好的光活性，可以制作高性能的光控开关

［22］

。然而，碳纳米管/半导体光电化学性能及

其应用的研究还有很多问题需要解决和进一步探

索，

例如：（1）碳纳米管/半导体材料异质结界面的相互作用和异质结材料的构型对其性能起了重要的作用

［27］

，目前很多的复合材料都通过简单的混合或

者直接在碳纳米管上负载半导体纳米粒子，使得碳纳米管表面负载了不规则不均匀的半导体纳米粒子，进而影响了异质结复合材料的光电性能。如何控制碳纳米管的表面形态，选择合适的制备方法，在碳纳米管表面均匀分散大小和形貌可控的半导体纳米粒子，实现碳纳米管和半导体的优点及协同效应得到最大发挥，需在理论上和实验上做进一步的研究。（2）目前，

从已发表的文献来看，碳纳米管/半导体光电协同分解水制氢方面的研究不多，已有的研究也仅仅是局限于碳纳米管和TiO 2的复合，因此，其它半导体材料、多种半导体、半导体和贵金属结合，然后与碳纳米管复合，有望提高光电协同分解水制氢效率。（3）在碳纳米管材料的选择上，管壁薄的SWCNTs 比MWCNTs 具有更高的比表面积，SWCNTs 往往表现出比MWCNTs 更优异的电子传输性能，但是SWCNTs 的分离纯化比MWCNTs 更困难

［55，56］

，因此SWCNTs 的制备和分离纯化技术的提

高，将为研制高性能光电纳米复合材料提供更多的选择。有关碳纳米管/半导体纳米复合材料的研究方兴未艾，

可以预计这方面的研究进展将促进碳纳米管及半导体纳米材料在光电器件、太阳能有效利用及环境净化等方面的应用。

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(完整版)光电材料

目录 目录 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1前言----------------------------------------------------------------------------------------- 2 2 有机光电材料 ------------------------------------------------------------------------------ 2 2.1光电材料的分类 --------------------------------------------------------------------- 2 2.2有机光电材料的应用 ---------------------------------------------------------------- 3 2.2.1有机太阳能电池材料--------------------------------------------------------- 3 2.2.2有机电致发光二极管和发光电化学池 --------------------------------------- 4 2.2.3有机生物化学传感器--------------------------------------------------------- 4 2.2.4有机光泵浦激光器 ----------------------------------------------------------- 4 2.2.5有机非线性光学材料--------------------------------------------------------- 5 2.2.6光折变聚合物材料与聚合物信息存储材料 ---------------------------------- 5 2.2.7聚合物光纤------------------------------------------------------------------- 6 2.2.8光敏高分子材料与有机激光敏化体系 --------------------------------------- 6 2.2.9 有机光电导材料 ------------------------------------------------------------- 6 2.2.10 能量转换材料 -------------------------------------------------------------- 7 2.2.11 染料激光器----------------------------------------------------------------- 7 2.2.12 纳米光电材料 -------------------------------------------------------------- 7 3 光电转化性能原理 ------------------------------------------------------------------------- 7 4 光电材料制备方法 ------------------------------------------------------------------------- 8 4.1 激光加热蒸发法 ------------------------------------------------------------------- 8 4.2 溶胶-凝胶法 ---------------------------------------------------------------------- 8 4.3 等离子体化学气相沉积技术（PVCD）------------------------------------------ 9 4.4 激光气相合成法 ------------------------------------------------------------------ 9 5 光电材料的发展前景---------------------------------------------------------------------- 10

碳纳米管的特性及应用_孙晓刚

作者介绍:孙晓刚(1957-),男,吉林人,江西金世纪冶金(集团)股份有限公司高级工程师,长期从事碳纳米管制备工 艺的研究,并对碳纳米管的工业化生产进行了广泛深入的研究和商业策划工作。 收稿日期:2001-02-21 修回日期:2001-05-08 碳纳米管的特性及应用 孙晓刚1,曾效舒2,程国安2 (1.江西金世纪冶金(集团)股份有限公司,江西南昌　330046;　2.南昌大学,江西南昌　330029) 摘　要:介绍了巴基球及碳纳米管的发现和历史,重点介绍 了碳纳米管的基本性能和晶体结构,描述了碳纳米管电传导 和热传导的机理。文中还介绍了碳纳米管的主要生产方法 和各自的优点。根据全球碳纳米管应用研究的方向,对碳纳 米管的应用领域进行了探讨,展望了碳纳米管的应用前景及 商业开发价值。 关键词:碳纳米管;性能;制备;应用 中图分类号:T B383 文献标识码:A 文章编号:1008-5548(2001)06-0029-05 1　碳纳米管简介 仅仅在十几年前,人们一般认为碳的同素异形 体只有两种:石墨和金刚石。1985年,英国Sussex 大学的Kroto教授和美国Rice大学的Sm alley教授 进行合作研究,用激光轰击石墨靶以尝试用人工的 方法合成一些宇宙中的长碳链分子。在所得产物中 他们意外发现了碳原子的一种新颖的排列方式,60 个碳原子排列于一个截角二十面体的60个顶点,构 成一个与现代足球形状完全相同的中空球,这种直 径仅为0.7nm的球状分子即被称为碳60分子。此 即为碳晶体的第三种形式。 1991年,碳晶体家族的又一新成员出现了,这 就是碳纳米管。日本NEC公司基础研究实验室的 Iijima教授在给《Nature》杂志的信中宣布合成了一 种新的碳结构。它由一些柱形的碳管同轴套构而 成,直径大约在1～30nm之间,长度可达到1μm。 进一步的分析表明,这种管完全由碳原子构成,并可 看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴, 卷曲360°而形成的无缝中空管。相邻管子之间的 距离约为0.34nm,与石墨中碳原子层与层之间的距 离0.335nm相近,所以这种结构一般被称为碳纳米 管。这是继C60之后发现的碳的又一同素异形体, 是碳团簇领域的又一重大科研成果。 碳纳米管由层状结构的石墨片卷曲而成,因卷 曲的角度和直径不同,其结构各异:有左螺旋的、右 螺旋的和不螺旋的。由单层石墨片卷成的称为单壁 碳纳米管,多层石墨片卷成的称为多壁碳纳米管。 碳纳米管的径向尺寸较小,管的外径一般在几纳米 到几十纳米;管的内径更小,有的只有1nm左右。 而碳纳米管的长度一般在微米量级,长度和直径比 非常大,可达103～106,因此,碳纳米管被认为是一 种典型的一维纳米材料。 碳纳米管、碳纳米纤维材料一直是近年来国际 科学的前沿领域之一。仅就碳纳米管而言,自从 1991年被人类发现以来,就一直被誉为未来的材 料。 2　基本性能 碳纳米管的性质与其结构密切相关。就其导电 性而言,碳纳米管可以是金属性的,也可以是半导体 性的,甚至在同一根碳纳米管上的不同部位,由于结 构的变化,也可以呈现出不同的导电性。此外,电子 在碳纳米管的径向运动受到限制,表现出典型的量 子限域效应;而电子在轴向的运动不受任何限制。 无缺陷金属性碳纳米管被认为是弹道式导体,其导 电性能仅次于超导体。根据经典电阻理论和欧姆定第7卷第6期 2001年12月 中　国　粉　体　技　术 China Powder Science and Technology Vol.7No.6 December2001

网络管理实验报告

实验1:W i n d o w2003S N M P服务配置 1.掌握简单网络管理协议的操作知识 （SNMP网络管理模型，抽象语法表示（ASN.1），管理信息结构（SMI），常用的管理信息（MIB）。SNMP协议数据格式与工作模式，网络管理系统） 2.收集在网络上实现SNMP所必需信息 （1）一个典型的网络管理系统包括四个要素：管理员、管理代理、管理信息数据库、代理服务设备。一般说来，前三个要素是必需的，第四个只是可选项。 （2）网络管理软件的重要功能之一，就是协助网络管理员完成管理整个网络的工作。网络管理软件要求管理代理定期收集重要的设备信息，收集到的信息将用于确定独立的网络设备、部分网络、或整个网络运行的状态是否正常。管理员应该定期查询管理代理收集到的有关主机运转状态、配置及性能等的信息。? 网络管理代理是驻留在网络设备中的软件模块，这里的设备可以是UNIX工作站、网络打印机，也可以是其它的网络设备。管理代理软件可以获得本地设备的运转状态、设备特性、系统配置等相关信息。管理代理软件就象是每个被管理设备的信息经纪人，它们完成网络管理员布置的采集信息的任务。管理代理软件所起的作用是，充当管理系统与管理代理软件驻留设备之间的中介，通过控制设备的管理信息数据库（MIB）中的信息来管理该设备。管理代理软件可以把网络管理员发出的命令按照标准的网络格式进行转化，收集所需的信息，之后返回正确的响应。在某些情况下，管理员也可以通过设置某个MIB对象来命令系统进行某种操作。 路由器、交换器、集线器等许多网络设备的管理代理软件一般是由原网络设备制造商提供的，它可以作为底层系统的一部分、也可以作为可选的升级模块。设备厂商决定他们的管 理代理软件可以控制哪些MIB对象，哪些对象可以反映管理代理软件开发者感兴趣的问题。 （3）管理信息数据库（MIB）定义了一种数据对象，它可以被网络管理系统控制。MIB是一个信息存储库，这里包括了数千个数据对象，网络管理员可以通过直接控制这些数据对象去控制、配置或监控网络设备。网络管理系统可以通过网络管理代理软件来控制MIB数据对象。不管到底有多少个MIB

碳纳米管纳米材料的应用要点

碳纳米管及其复合材料在储能电池中的应用 摘要碳纳米管具有良好的机械性能和导电性、高化学稳定性、大表面积以及独特的一维结构，选择合适的方法制备出碳纳米管复合材料，可以使其各种物理化学性能得到增强, 因而在很多领域有着极大的应用前景，尤其是在储能电池中的应用。本文分析了碳纳米管及其复合材料的特点，总结了碳纳米管的储锂机理，对其发展趋势作了展望。 关键词碳纳米管复合材料储能电池应用 Abstract carbon nanotubes（CNTs） are nanometer-sized carbon materials with the characteristics of unique one-dimensional geometric structure，large surface area，high electrical conductivity，elevated mechanical strength and strong chemical inertness. Selecting appropriate methods to prepare carbon nanotube composites can enhance physical and chemical properties , and these composites have a great future in many areas，especially in energy storage batteries . In this paper, based on the analysis and comparison of the advantages and disadvantages of carbon nanotube composites，the enhancement mechanisms of the CNTs catalysts are introduced. Afterward，the lithium ion storage properties are summarized according to the preparation methods of composite materials. Finally, the prospects and challenge for these composite materials are also discussed. Keywords carbon nanotube; composite; energy storage batteries; application 1 引言 碳纳米管(CNTs)在2004 年被人们发现，是一种具有特殊结构的一维量子材料, 它的径向尺寸可达到纳米级, 轴向尺寸为微米级, 管的两端一般都封口, 因此它有很大的强度, 同时巨大的长径比有望使其制作成韧性极好的碳纤维。碳纳米管由于其独特的一维纳米形貌被作为锂离子电池负极材料广泛研究，通过对碳纳米管进行剪切，官能化及掺杂等方法进行改性处理，能有效的减少碳纳米管的首次不可逆容量，增加可逆的储锂比容量。此外，碳纳米管的中空结构也成为抑制高容量金属及金属氧化物体积膨胀理想复合基体。本文中，我们研究了碳纳米管的储锂性能，考察了碳纳米管作为锡类复合材料基体，其内部限域空间对高容量金属及金属氧化物的储锂性能促进的具体原因。该研究结果为碳纳米管以及其他具有限域空间的结构在锂离子电池中的应用提供了参考。 2 碳纳米管的储锂机理和应用 相比广泛应用的石墨类材料，碳纳米管在锂离子电池负极材料中有其独特的应用优势。首先，碳纳米管的尺寸在纳米级，管内及间隙空间也都处于纳米尺寸级，因而具有纳米材料的小尺寸效应，能有效的增加锂离子在化学电源中的反应活性空间；其次，碳纳米管的比表面积较大，能增加锂离子的反应活性位，并且随着

软件工程实验报告

软件工程实验报告 姓名：冯巧 学号 实验题目：实验室设备管理系统 1、系统简介: 每天对实验室设备使用情况进行统计，对于已彻底损坏的作报废处理，同时详细记录有关信息。对于有严重问题（故障）的要即时修理，并记录修理日期、设备名、修理厂家、修理费用、责任人等。对于急需但又缺少的设备需以“申请表”的形式送交上级领导请求批准购买。新设备购入后立即对新设备登记（包括类别、设备名、型号、规格、单价、数量、购置日期、生产厂家、购买人等），同时更新申请表的内容。 2、技术要求及限定条件: 采用C#语言设计桌面应用程序，同时与数据库MySql进行交互。系统对硬件的要求低，不需要网络支持，在单机环境下也能运行，在局域网环境下也能使用。方案实施相对容易，成本低，工期短。 一：可行性分析 1、技术可行性分析 计算机硬件设备，数据库，实验室设备管理软件与实验室设备管理系统的操作人员组成，能够实现实验室设备管理的信息化，提高工作效率，实现现代化的实验室设备管理。系统需要满足实验室设备管理（包括对实验设备的报废、维修和新设备的购买）、实验室设备信息查询（包括按类别进行查询和按时间进行查询）、实验室设备信息统计报表（包括对已报废设备的统计、申请新设备购买的统计和现有设备的统计）。这些功能框图如下图所示： 2、经济可行性分析 依据用户的现实需求、技术现状、经济条件、工期以及其他局限性因素等等因素，考虑到工期的长短、技术的成熟可靠、操作方便等因素，本方案具备经济可行性。

3、系统可选择的开发方案 ①方案A用C#开发系统的特点是：开发工具与数据库集成一体，可视化，开发速度较快，但数据库能够管理的数据规模相对较小。系统对硬件的要求低，不需要网络支持，在单机环境下也能运行，在局域网环境下也能使用。方案的实施相对容易，成本低，工期短。 ②方案B：以小型数据库管理系统为后台数据库，该前台操作与数据库分离，也能够实现多层应用系统。系统对硬件的要求居中，特别适合在网络环境下使用，操作方便。但系统得实现最复杂，成本最高，工期也较长。 二：软件需求分析 1．软件系统需求基本描述： 实验室设备管理系统是现代企业资源管理中的一个重要内容，也是资源开发利用的基础性工作。实验室设备在信息化之前，在用户系统管理、设备维修管理、设备的增删改查管理等方面存在诸多不利于管理的地方，不适应现代的企业管理形势和资源的开发利用。 2．软件系统数据流图（由加工、数据流、文件、源点和终点四种元素组成）： 1)顶层数据流图 2）二层流程图 3)总数据流图

光电倍增管使用特性

页眉内容 光电倍增管简介及使用特性 我们做化学发光的仪器检测部分都是用光电倍增管来检测我们化学反应所发出的微弱的光信号，我在这里给大家介绍一下光电倍增管的一些参数，仅供大家参考。 介绍 今天我们使用的光电器件中，光电倍增管（PMT ）是一种具有极高灵敏度和超快时间响应的光探测器件。典型的光电倍增管如图1所示，在真空管中，包括光电发射阴极（光阴极）和聚焦电极、电子倍增极和电子收集极（阳极）的器件。 当光照射光阴极，光阴极向真空中激发出光电子。这些光电子按聚焦极电场进入倍增系统，通过进一步的二次发射得到倍增放大。放大后的电子被阳极收集作为信号输出。 因为采用了二次发射倍增系统，光电倍增管在可以探测到紫外、可见和近红外区的辐射能量的光电探测器件中具有极高的灵敏度和极低的噪声。光电倍增管还有快速响应、低本底、大面积阴极等特点。 下面将讲解光电倍增管结构的主要特点和基本使用特性。

结构 一般，端窗型（Head-on）和侧窗型（Side-on）结构的光电倍增管都有一个光阴极。侧窗型的光电倍增管，从玻璃壳的侧面接收入射光，而端窗型光电倍增管是从玻璃壳的顶部接收入射光。通常情况下，侧窗型光电倍增管价格较便宜，并在分光光度计和通常的光度测定方面有广泛的使用。大部分的侧窗型光电倍增管使用了不透明光阴极（反射式光阴极）和环形聚焦型电子倍增极结构，这使其在较低的工作电压下具有较高的灵敏度。 端窗型（也称作顶窗型）光电倍增管在其入射窗的内表面上沉积了半透明光阴极（透过式光阴极），使其具有优于侧窗型的均匀性。端窗型光电倍增管的特点还包括它拥有从几十平方毫米到几百平方厘米的光阴极。 端窗型光电倍增管中还有针对高能物理实验用的，可以广角度捕集入射光的大尺寸半球形光窗的光电倍增管。 电子倍增系统 光电倍增管的优异的灵敏度（高电流放大和高信噪比）得益于基于多个排列的二次电子发射系统的使用，它使电子低噪声的条件下得

碳纳米管的性质性能及其应用前景

碳纳米管的性质性能其应用前景 The Properties and Applications of Carbon Nano-Tubes 张雅坤北京师范大学化学学院201411151935 摘要：从1991年被正式认识并命名至今，碳纳米管凭借其特殊的结构及异常的力学、电学和化学性能获得了材料、物理、电子及化学界的广泛关注。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入，其广阔的应用前景也不断地展现出来。本文主要对碳纳米管目前的性质性能及其应用前景进行了系统详细的介绍【8】。 关键词：碳纳米管、无机化学、性质性能、应用前景 一、综述 1.发展历史与研究进程 在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛（Lijima）在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管，又名巴基管。 1993年，S. Lijima等和D. S. Bethune等同时报道了采用电弧法，在石墨电极中添加一定的催化剂，可以得到仅仅具有一层管壁的碳纳米管，即单壁碳纳米管产物。

1997年，A. C. Dillon等报道了单壁碳纳米管的中空管可储存和稳定氢分子，引起广泛的关注。相关的实验研究和理论计算也相继展开。据推测，单壁碳纳米管的储氢量可达10%（质量比）。此外，碳纳米管还可以用来储存甲烷等其他气体。但该猜测在后来被证实是错误的，碳纳米管无法用于储氢的主要问题有两个：一是假如作为容器进行储氢，则无法对其进行可控的封闭和开启；二是假如用于氢气吸附，则其吸附率不超过1%（质量分数）。 能否控制单壁碳纳米管的生长是近二十余年来一直困扰着碳纳米管研究领域科学家们的难题，能否找到控制方法也成为碳纳米管应用的瓶颈。2014年，这道世界性难题被北京大学李彦教授研究团队攻克，该团队在全球首次提出单壁碳纳米管生长规律的控制方法，研究成果已于2014年6月26日发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上，这是碳纳米管研究方面的又一大突破。 2.碳纳米管的制备方法 常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法（碳氢气体热解法）、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。 2.1电弧放电法 电弧放电法是生产碳纳米管的主要方法。1991年日本物理学家饭岛澄男就是从电弧放电法生产的碳纤维中首次发现碳纳米管的。电弧放电法的具体过程是：将石墨电极臵于充满氦气或氩气的反应容器中，在两极之间激发出电弧，此时温度可以达到4000度左右。在这种条件下，石墨会蒸发，生成的产物有富勒烯（C60）、无定型碳和单壁或多壁的碳纳米管。通过控制催化剂和容器中的氢气含量，可以

实验室设备管理系统实验报告1讲解

本科实验报告 课程名称：软件工程导论 实验项目：实验室设备管理系统 实验地点：实验楼210 专业班级：软件1319 学号：2013005655 学生姓名：张卫东 指导教师：王会青 2015年05 月21 日

一、实验目的和要求 1．系统简介 某大学每学年都需要对实验室设备使用情况进行统计、更新。 其中： （1）对于已彻底损坏的实验设备做报废处理，同时详细记录有关信息。 （2）对于有严重问题（故障）的需要及时修理，并记录修理日期、设备名、编号、修理厂家、修理费用、责任人等。 （3）对于急需使用但实验室目前又缺乏的设备，需以“申请表”的形式送交上级领导请求批准购买。新设备购入后要立即进行设备登记（包括类别、设备名、编号、 型号、规格、单价、数量、购置日期、生产厂家、保质期和经办人等信息），同 时更新申请表的内容。 （4）随时对现有设备及其修理、报废情况进行统计、查询，要求能够按类别和时间段等条件进行查询。 2．技术要求及限制条件 （1）所有工作由专门人员负责完成，其他人不得任意使用。 （2）每件设备在做入库登记时均由系统按类别加自动顺序号编号，形成设备号；设备报废时要及时修改相应的设备记录，且有领导认可。 （3）本系统的数据存储至少包括：设备记录、修理记录、报废记录、申请购买记录。 （4）本系统的输入项至少包括：新设备信息、修理信息、申请购买信息、具体查询统计要求。 （5）本系统的输出项至少包括：设备购买申请表、修理/报废设备资金统计表。 二、实验内容和原理 可行性分析报告 可行性研究主要是初步确定项目的规模和目标，确定项目的约束和限制。对于项目的功能和性能方面的要求进行简要的概述。详见组长田彦博的实验报告。 需求规格说明书 需求规格说明书主要是进一步定制实验室设备管理系统软件开发的细节问题，便于用户与开发商协调工作。在此主要绘制了系统的数据流图、相应的数据字典、E-R图、以及系统的功能图，对于各个方面的需求进行了详细的阐述。详见组长田彦博的实验报告。 概要设计说明书 概要设计说明书是为了说明整个实验室设备管理系统的体系架构，以及需求用例的各个功能点在架构中的体现。在此主要绘制了系统流程图、总体结构和模块的外部设计，而且对于数据库中逻辑结构方面也进行了详细的设计。详见组长田彦博的实验报告。

光电化学综述

光电化学传感器的应用研究进展 摘要：光电化学传感器是基于物质的光电转换特性确定待测物浓度的一类检测装置。光电化学检测方法灵敏度高、设备简单、易于微型化，已经成为一种极具应用潜力的分析方法。本文主要介绍光电化学传感器的工作机理、特点和应用，并对有代表性的实验进行了一定的讲述和总结。 关键词：光电化学；传感器 一、引言 20世纪70年代，人们就开始研究光照下半导体电极的电化学行为，并逐渐发展成为一门新学科——光电化学。目前，光电化学是当前电化学领域中十分活跃的一个研究方向，它是光伏打电池、光电催化、光解和光电合成等实际应用的基础。光电化学过程即光作用下的电化学过程，在光照射条件下，物质中电子从基态跃迁到激发态，进而产生电荷传递。与电化学反应相类似，在光电化学反应体系中也会产生电流的流动。因此，利用光电化学反应可以把光能转变成化学能或电能，通过其逆过程则可以把化学能或电能转换为光能。 待测物与光电化学活性物质之间的物理、化学相互作用产生的光电流或光电压的变化与待测物的浓度间的关系，是传感器定量的基础。以光电化学原理建立起来的这种分析方法，其检测过程和电致化学发光正好相反，用光信号作为激发源，检测的是电化学信号。和电化学发光的检测过程类似，都是采用不同形式的激发和检测信号，背景信号较低，因此，光电化学可能达到与电致化学发光相当的高灵敏度。由于采用电化学检测，同光学检测相比，其设备价廉。 二、光电化学的概述 1、光电化学的工作机理 要了解光电化学的工作原理，首先得研究光催化技术。光催化反应的本质是指在受光的激发后，催化剂表面产生的电子空穴对分别与氧化性物质和还原性物质相互作用的电化学过程。这里以半导体二氧化钛（TiO ）为例介绍一下光电化 2 学的工作原理。 半导体TiO 具有由价带和导带所构成的带隙，价带由一系列填满电子的轨道构 2 成，而导带是由一系列未填充电子的轨道所构成。当半导体近表面区在受到能量

半导体的基本特性

半導體的基本特性 自然界的物質依照導電程度的難易，可大略分為三大類：導體、半導體和絕緣體。顧名思義，半導體的導電性介於容易導電的金屬導體和不易導電的絕緣體之間。半導體的種類很多，有屬於單一元素的半導體如矽（Si）和鍺（Ge），也有由兩種以上元素結合而成的化合物半導體如砷化鎵（GaAs）和砷磷化鎵銦（GaxIn1-xAsyP1-y）等。在室溫條件下，熱能可將半導體物質內一小部分的原子與原子間的價鍵打斷，而釋放出自由電子並同時產生一電洞。因為電子和電洞是可以自由活動的電荷載子，前者帶負電，後者帶正電，因此半導體具有一定程度的導電性。 電子在半導體內的能階狀況，可用量子力學的方法加以分析。在高能量的導電帶內（Ec以上），電子可以自由活動，自由電子的能階就是位於這一導電帶內。最低能區（Ev以下）稱為「價帶」，被價鍵束縛而無法自由活動的價電子能階，就是位於這一價帶內。導電帶和價帶之間是一沒有能階存在的「禁止能帶」（或稱能隙，Eg），在沒有雜質介入的情況下，電子是不能存在能隙裡的。 在絕對溫度的零度時，一切熱能活動完全停止，原子間的價鍵完整無損，所有電子都被價鍵牢牢綁住無法自由活動，這時所有電子的能量都位於最低能區的價帶，價帶完全被價電子占滿，而導電帶則完全空著。價電子欲脫離價鍵的束縛而成為自由電子，必須克服能隙Eg，提升自己的能階進入導電帶。熱能是提供這一能量的自然能源之一。 近導電帶，而游離後的施體離子則帶正電。這種半導體稱為n型半導體，其費米能階EF比較靠近導電帶。一般n型半導體內的電子數量遠比電洞為多，是構成電流傳導的主要載子（或稱多數載子）。

1. 導電性介於導體和半導體之間的物體,稱為半導體 2. 此物體需要高溫和高電量才能通電的物體. 3.在溫度是0和電導率是0,當溫度上升後,價能帶內的電子,由於熱激發躍進到導帶,致使導帶內充滿一些電子,導電率隨之增加----------這就是半導體. #半導體的特性: 1. 溫度上升電阻下降的特性 2. 整流效應 3 光伏特效應 4. 光電導效應

数据库设备管理系统

郑州轻工业学院本科 数据库课程设计总结报告 设计题目：设备管理系统 学生姓名：xx 、xx 系别：计算机与通信工程学院 专业：计算机科学与技术 班级：计算机科学与技术10~01 学号：xx 指导教师：张保威金松河 2012 年12月30 日

郑州轻工业学院 课程设计任务书 题目设备管理系统 专业、班级计算机科学与技术10－1 学号 xx 姓名 xx 学号 xx 姓名 xx 主要内容： 了解设备管理的基本流程，根据构思活出E---R图。根据所化E---R图，对相应的试题和关系建立表格，实现数据的初始化。用SQL建立数据库表，然后再用其他软件建立界面（如此设备管理系统用的是C#实现界面），将建立好的界面同数据库进行链接，实现对数据库的简单的增删改查。 E-R图思路： 部门向设备处申请所需设备的数量及类型，设备处产生采购清单递交给采购员。 采购员从供应商获得设备存放在设备存放处，设备管理员将设备分配到需要设备的各个部门，部门将设备分给员工进行使用。 在使用设备的过程中，如果设备在保修期限内出现质量问题部门向设备处申请，设备退回供应商；如果设备损坏，由部门向维修人员报修；若无维修价值，则申请报废。 基本要求： 立足于科技日益发达，自动化组不占据主要市场，要求学生根据自己所学的数据库知识，建立简单的数据库实现对设备管理的机械化，自动化。 1：能够数量掌握SQL； 2:能够运用其他辅助工具做图形界面。 3：能够实现对C#和数据库的链接。 4：作出的系统能够对数据库进行简单的增删改查。 5：通过机械化，自动化工具的使用，提高工作效率、准确率。 主要参考资料等： 《数据库系统概论》作者：王珊萨师煊出版社：高等教育出版社 《数据库系统概论》课堂课件。 完成期限：两周 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年 12月 30 日

碳纳米管、半导体纳米复合材料的光电化学特性及其应用

第23卷第8期2011年8月 化　学　进　展 PROGRESS IN CHEMISTRY Vol.23No.8　Aug.2011 收稿:2010年10月,收修改稿:2010年12月 　?国家自然科学基金项目(No.20773041,21043005)和教育部高等学校博士点基金项目(No.20070561008)资助 ??Corresponding author　e?mail:zhangwd@https://www.wendangku.net/doc/5410092721.html, 碳纳米管/半导体纳米复合材料的 光电化学特性及其应用 ? 王　娟　刘　颖　张伟德?? (华南理工大学化学与化工学院　广州510640) 摘　要　光电化学过程是在光作用下的电化学过程,它是光伏电池,光电催化等实际应用的基础,是当前十分活跃的研究领域。碳纳米管具有很高的热稳定性,良好的导电能力,大的比表面积,被认为是半导体纳米粒子的有效载体,其独特的一维结构可以为电子提供有效的传输路径。碳纳米管与半导体材料复合,能实现碳纳米管和半导体在结构和性能上的协同,近年来在光电化学领域受到了广泛的关注。本文基于国内外最新研究进展,结合本课题组的研究成果,综述了碳纳米管/半导体复合材料的光电协同作用机理及其在太阳能电池、光电催化降解污染物、光电协同分解水制氢领域中的应用。 关键词　碳纳米管　半导体　光电化学　协同作用 中图分类号:O649.4　文献标识码:A　文章编号:1005?281X(2011)08?1583?08 Photoelectrochemical Properties and Applications of Carbon Nanotubes /Semiconductor Nanocomposites Wang Juan Liu Ying Zhang Weide ?? (School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,China) Abstract Photoelectrochemical process is an electrochemical process under light irradiation,which is a very active research field currently. It is also the base of practical applications for photovoltaic cells, photoelectrocatalysis and so on.The high performance photoelectrochemical devices are strongly dependent on advanced semiconductors or their nanocomposites with high quantum efficiency.On the other hand,because of their good chemical and thermal stability,high electrical conductivity and large surface area,carbon nanotubes (CNTs)have been used as effective supports for semiconductors,and their unique one?dimensional geometric structure provides effective transmission path for electrons. Moreover,carbon nanotube /semiconductor nanocomposites which have attracted great attentions usually exhibit synergistic effect for high photoeletrochemical response.The recombination of photo?induced electrons and holes will be restrained further with the applied bias voltage,thus facilitates the transfer of electrons to the external circuit.In this review paper,we summarize the progress of the recently published literatures and our findings on photoelectrochemical properties and applications based on carbon nanotubes /semiconductor nanocomposites. The enhancement mechanism for the high photoelectrochemical performance of the nanocomposites is discussed.The applications including solar cells, photoelectrochemical degradation of pollutants and splitting of water for hydrogen generation are introduced in details.The prospect and challenge to the material science and future applications are also discussed.

碳纳米管及其应用新领域

碳纳米管及其应用新领域摘要：综述了碳纳米管材料独特性能及其应用潜力，详细说明了碳纳米管材料在各种应用领域中的巨大应用前景，包括高强度复合材料、微机械、信息存储、纳米电子器件等。关键词：碳纳米管的性能，碳纳米管的应用新领域，储氮材料，复合材料，信息存储，碳纳米电子学 前言：碳纳米管具有典型的层状中空结构特征，构成碳纳米管的层片之间存在一定的夹角碳纳米管的管身是准圆管结构，并且大多数由五边形截面所组成。管身由六边形碳环微结构单元组成, 端帽部分由含五边形的碳环组成的多边形结构，或者称为多边锥形多壁结构。是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级、管子两端基本上都封口）的一维量子材料。由于其独特的结构，碳纳米管的研究具有重大的理论意义和潜在的应用价值。 一、碳纳米管的性能 碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。力学性能 由于碳纳米管中碳原子采取SP2杂化，相比SP3杂化，SP2杂化中S轨道成分比较大，使碳纳米管具有高模量、高强度。 碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。 导电性能 碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域n键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特殊的电学性质。 碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1 万倍。传热性能 碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs 具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。 二、碳纳米管电子学的应用 碳纳米电子管（eNTs是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。其导电能力不同于普通的导体。性能方面的区别取决于应用，也许是优点，也许是缺点，也许是机会。在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，如果电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。诸如电连接等的混乱极大地修改了这—行为。对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环绕着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被实验让实。在后门将有碳的纳米管穿过两根金导线证明了场效应分子晶体管，近来证实逻辑电路的难题 遇到了静电掺杂碳纳米管。碳纳米管的掺杂质可使用化学方法来完成。CMOS类型变极器有 n型和p型掺杂两种。这项工作用达到10A5的开关比率且具有高增益的晶体管电阻逻辑以实验证明了变极器和或非电路的性能。显然，通过适当地排列碳纳米管晶体管顺序可实现与、

半导体材料硅基本性质

半导体材料硅的基本性质 一．半导体材料 固体材料按其导电性能可分为三类：绝缘体、半导体及导体，它们典型的电阻率如下： 图1 典型绝缘体、半导体及导体的电导率范围 半导体又可以分为元素半导体和化合物半导体，它们的定义如下： 元素半导体：由一种材料形成的半导体物质，如硅和锗。 化合物半导体：由两种或两种以上元素形成的物质。 1)二元化合物 GaAs —砷化镓 SiC —碳化硅 2)三元化合物 As —砷化镓铝 AlGa 11 AlIn As —砷化铟铝 11 半导体根据其是否掺杂又可以分为本征半导体和非本征半导体，它们的定义分别为：本征半导体：当半导体中无杂质掺入时，此种半导体称为本征半导体。 非本征半导体：当半导体被掺入杂质时，本征半导体就成为非本征半导体。 掺入本征半导体中的杂质，按释放载流子的类型分为施主与受主，它们的定义分别为：施主：当杂质掺入半导体中时，若能释放一个电子，这种杂质被称为施主。如磷、砷就是硅的施主。 受主：当杂质掺入半导体中时，若能接受一个电子，就会相应地产生一个空穴，这种杂

质称为受主。如硼、铝就是硅的受主。 图（a）带有施主（砷）的n型硅 (b)带有受主（硼）的型硅 掺入施主的半导体称为N型半导体，如掺磷的硅。 由于施主释放电子，因此在这样的半导体中电子为多数导电载流子（简称多子），而空穴为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 掺入受主的半导体称为P型半导体，如掺硼的硅。 由于受主接受电子，因此在这样的半导体中空穴为多数导电载流子（简称多子），而电子为少数导电载流子（简称少子）。如图所示。 二．硅的基本性质 硅的基本物理化学性质 硅是最重要的元素半导体，是电子工业的基础材料，其物理化学性质（300K）如表1所示。 性质符号单位硅（Si） 原子序数Z 14 原子量M 原子密度个/cm3 ×1022 晶体结构金刚石型 晶格常数 a ? 熔点Tm ℃1420 密度(固/液) ρg/ cm3 介电常数ε0 个/ cm3×1010本征载流子浓度n i 本征电阻率ρi Ω·cm ×105

碳纳米管综述

碳纳米管综述 摘要：本文主要介绍碳纳米管的发现及发展过程，并说明碳纳米管的制备方法及其制备技术。同时也叙述碳纳米管的各种性能与应用。 引言：在1991年日本NEC公司基础研究实验室的电子显微镜专家饭岛在高分辨透射电子显微镜下检验石墨电弧设备中产生的球状碳分子时，意外发现了由管状的同轴纳米管组成的碳分子，这就是现在被称作的“Carbon nanotube”，即碳纳米管,又名巴基管。 正文： 碳纳米管的制备： 碳纳米管的合成技术主要有：电弧法、激光烧蚀(蒸发)法、催化裂解或催化化学气相沉积法(CCVD，以及在各种合成技术基础上产生的定向控制生长法等。电弧法 利用石墨电极放电获得碳纳米管是各种合成技术中研究得最早的一种。研究者在优化电弧放电法制取碳纳米管方面做了大量的工作。 T. W. Ebbeseo[2]在He保护介质中石墨电弧放电，首次使碳纳米管的合成达到了克量级。为减少相互缠绕的碳纳米管在阴极上的烧结，D.T.Collbert[3]将石墨阴极与水冷铜阴极座连接，大大减少了碳纳米管缺陷。C. Journet[4]等在阳极中填人石墨粉末和铱的混合物，实现了SWNTs的大量制备。研究发现，铁组金属、一些稀土金属和铂族元素或以单个金属或以二金属混合物均能催化SWNTs 合成。 近年来，人们除通过调节电流、电压，改变气压及流速，改变电极组成，改进电极进给方式等优化电弧放电工艺外，还通过改变打弧介质，简化电弧装置。 综上所述，电弧法在制备碳纳米管的过程中通过改变电弧放电条件、催化剂、电极尺寸、进料方式、极间距离以及原料种类等手段而日渐成熟。电弧法得到的碳纳米管形直，壁簿(多壁甚至单壁).但产率偏低，电弧放电过程难以控制，制备成本偏高其工业化规模生产还需探索。 催化裂解法或催化化学气相沉积法(CCVD) 催化裂解法是目前应用较为广泛的一种制备碳纳米管的方法。该方法主要采用过渡金属作催化剂，适于碳纳米管的大规模制备，产物中的碳纳米管含量较高，但碳纳米管的缺陷较多。 催化裂解法制备碳纳米管所需的设备和工艺都比较简单，关键是催化剂的制备和分散。目前用催化裂解法制备碳纳米管的研究主要集中在以下两个方面：大规模制备无序的、非定向的碳纳米管;制备离散分布、定向排列的碳纳米管列阵。一般选用Fe, Co、Ni及其合金作催化剂，粘土、二氧化硅、硅藻土、氧化铝及氧化镁等作载体，乙炔、丙烯及甲烷等作碳源，氢气、氮气、氦气、氩气或氨气作稀释气，在530℃~1130℃范围内，碳氢化合物裂解产生的自由碳离子在催化剂作用下可生成单壁或多壁碳纳米管。1993年Yacaman等人[5]采用此方法，用Fe催化裂解乙炔，在770℃下合成了多壁碳纳米管，后来分别采用乙烯、聚乙烯、丙烯和甲烷等作为碳源，也都取得了成功。为使碳离子均匀分布，科研人员还用等离子加强或微波催化裂解气相沉积法制备碳纳米管。 激光蒸发法