二氧化鈦?zhàn)鳛楣饣钚越饘傺趸镏唬驯粡V泛應(yīng)用于環(huán)境污染處理和光催化制氫等領(lǐng)域。 然而，由于寬帶隙的存在，其光吸收受到限制。 因此，通過減小TiO2的帶隙來增強(qiáng)可見光區(qū)域的光吸收對(duì)其在太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用至關(guān)重要。上海第二工業(yè)大學(xué)節(jié)能與新能源材料團(tuán)隊(duì)利用硼氫化鈉還原的方法，制備了缺氧型二氧化鈦（TiO2-x），研究了其在不同類型油基體系中的分散性，并進(jìn)一步負(fù)載了具有等離子體共振效應(yīng)的Au納米顆粒，大大提高了TiO2-x在不同油基納米流體中的光熱轉(zhuǎn)化性能，Au / TiO2-x的制備過程示意圖如圖1所示。
圖1. Au / TiO2-x的制備過程示意圖（從左到右）
圖2. 初始銳鈦礦型納米顆粒（P25），還原溫度為400°C，500°C，600°C的TiO2-x和Au / TiO2-x的照片（從左到右）
從圖2中我們可以看到隨著還原溫度的升高，TiO2-x的顏色逐漸變深，白色銳鈦礦粉末在溫度為600℃時(shí)顏色為灰黑色，負(fù)載Au納米顆粒后，仍然是黑色。圖3顯示的是不同顏色的缺氧型二氧化鈦的UV-Vis-NIR光譜，銳鈦礦TiO2（P25）主要在紫外線區(qū)域有吸收，而TiO2-x延伸到整個(gè)太陽(yáng)光譜，包括可見光和紅外光區(qū)域，并且吸光度隨著還原溫度的升高也明顯提高。值得注意的是，Au納米顆粒可以進(jìn)一步增強(qiáng)缺氧TiO2的全光譜吸收。由于Au納米粒子的等離子體共振（SPR）效應(yīng)，可見區(qū)域的吸收隨著Au含量的增加而顯著提高。
圖3. （a）P25和不同溫度下獲得的TiO2-x和（b）在不同Au含量下獲得的Au / TiO2-x的紫外可見光譜
圖4. 放置不同天數(shù)后的（a）TiO2-x /導(dǎo)熱油和（b）TiO2-x /硅油納米流體（100ppm）的透射光譜
圖5. 光照強(qiáng)度（4000W / m2）下的溫升圖和光熱轉(zhuǎn)換效率圖
TiO2-x在兩種油基體系中均具有良好的分散性，同時(shí)在4000W / m2的光照強(qiáng)度下最高溫升可達(dá)到92.15℃，在4200s內(nèi)時(shí)間里升高了67.15℃，進(jìn)一步地，負(fù)載Au后的TiO2-x光熱轉(zhuǎn)換效率最大值達(dá)到87.3%，這使我們可以考慮將TiO2-x和Au / TiO2-x納米流體應(yīng)用于太陽(yáng)能集熱器的中溫系統(tǒng)。
以上成果發(fā)表在Solar Energy Materials and Solar Cells上，論文的第一作者為上海第二工業(yè)大學(xué)工學(xué)部汪玲玲副教授，通訊作者為于偉教授和謝華清教授，其他合作者包括上海第二工業(yè)大學(xué)工學(xué)部碩士研究生王敏和許中平老師。
Wang L , Wang M , Xu Z , et al. Well oil dispersed Au/oxygen-deficient TiO2 nanofluids towards full spectrum solar thermal conversion[J]. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2020, 212:110575. 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.solmat.2020.110575