二氧化鈦作為光活性金屬氧化物之一，已被廣泛應用于環境污染處理和光催化制氫等領域。 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的帶隙來增強可見光區域的光吸收對其在太陽能轉換中的應用至關重要。上海第二工業大學節能與新能源材料團隊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，并進一步負載了具有等離子體共振效應的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℃時顏色為灰黑色，負載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）主要在紫外線區域有吸收，而TiO2-x延伸到整個太陽光譜，包括可見光和紅外光區域，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納米顆粒可以進一步增強缺氧TiO2的全光譜吸收。由于Au納米粒子的等離子體共振（SPR）效應，可見區域的吸收隨著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. 放置不同天數后的（a）TiO2-x /導熱油和（b）TiO2-x /硅油納米流體（100ppm）的透射光譜
圖5. 光照強度（4000W / m2）下的溫升圖和光熱轉換效率圖
TiO2-x在兩種油基體系中均具有良好的分散性，同時在4000W / m2的光照強度下最高溫升可達到92.15℃，在4200s內時間里升高了67.15℃，進一步地，負載Au后的TiO2-x光熱轉換效率最大值達到87.3%，這使我們可以考慮將TiO2-x和Au / TiO2-x納米流體應用于太陽能集熱器的中溫系統。
以上成果發表在Solar Energy Materials and Solar Cells上，論文的第一作者為上海第二工業大學工學部汪玲玲副教授，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大學工學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