一步法制备Cu2O/TiN 纳米球及其光学性能探究
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引用本文:吴金峰,何国杜,刘艳龙,吴子华,俞晓晓.一步法制备Cu2O/TiN 纳米球及其光学性能探究[J].上海第二工业大学(中文版),2026,43(1):16-24
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作者单位
吴金峰 上海第二工业大学 a. 能源与材料学院
 
何国杜 上海第二工业大学 a. 能源与材料学院
 
刘艳龙 上海第二工业大学 a. 能源与材料学院
 
吴子华 上海第二工业大学 a. 能源与材料学院
b. 上海市先进热功能材料工程研究中心
c. 上海市热物性大数据专业技术服务平台, 上海 201209 
俞晓晓 上海第二工业大学 a. 能源与材料学院
b. 上海市先进热功能材料工程研究中心
c. 上海市热物性大数据专业技术服务平台, 上海 201209 
基金项目:上海市启明星培育 (扬帆专项) (23YF1413500), 国家自然科学基金 (52306259) 资助
中文摘要:基于纳米流体的体积吸收式太阳能集热器是太阳能光热利用领域最具代表性的技术。该系统依靠工质直接吸收太阳辐射, 因此纳米流体的光谱吸收性能成为直接决定集热效率的关键因素。本研究通过一步法合成了氧化亚铜 (Cu2O)/氮化钛 (TiN) 球形纳米颗粒, 利用 TiN 的等离激元共振效应, 与 Cu2O 在可见光区域的强吸收性能实现有效耦合, 进而达成光谱互补与增强的效果。理论计算与实验结果均表明, 随着 TiN 占比的增加, Cu2O/TiN 复合纳米球的平均吸收率呈逐步上升趋势。当 Cu2O 与 TiN 的体积比为 7.5 : 2.5、复合纳米流体的体积分数为 0.015% 时,Cu2O/TiN 复合纳米流体的光谱吸收性能达到最优。在此条件下, 其平均吸收率高达 99.9%, 实现了对太阳能的全光谱捕获与吸收。光热转换性能测试结果显示, 在 1 个太阳光照强度、温度为 30 ℃ 的条件下, 该复合纳米流体的瞬时光热转换效率可达到 97.7%。本研究简化了非贵金属复合纳米球的制备工艺, 并对其性能进行了优化, 为太阳能光热应用领域高性能复合纳米球的研发提供了借鉴。
中文关键词:纳米球  氧化亚铜  氮化钛  等离激元效应  全光谱吸收
 
One-Step Preparation of Cu2O/TiN Nanospheres and Their Optical Properties
Abstract:Nanofluid-based volumetric absorption solar collectors represent the most typical technology for solar photothermal utilization. These systems rely on working fluids to directly absorb solar radiation, making the spectral absorption performance of nanofluids a critical factor that directly determines the heat collection efficiency. In this study, cuprous oxide (Cu2O)/titanium nitride (TiN) spherical nanoparticles were synthesized via a one-step method. Leveraging the plasmon resonance effect of TiN, the strong absorption performance of Cu2O in the visible light region was effectively coupled, thereby achieving spectral complementarity and enhancement. Both theoretical calculations and experimental results demonstrate that the average absorption rate of Cu2O/TiN composite nanospheres increases progressively with the increase in the ratio of TiN. The optimal spectral absorption performance of the Cu2O/TiN composite nanofluid is achieved when the volume ratio of Cu2O to TiN is 7.5 : 2.5 and the volume fraction of the composite nanofluid is 0.015%. Under these conditions, the average absorption rate reaches 99.9%, enabling full-spectrum capture and absorption of solar energy. Photothermal conversion performance tests reveales that the instantaneous photothermal conversion efficiency can reach 97.7% under one sun illumination at a temperature of 30 ℃. This study simplifies the preparation process of non-precious metal composite nanospheres and optimizes their properties, providing valuable insights and reference for the development of high-performance composite nanospheres in solar photothermal applications.
keywords:nanospheres  cuprous oxide  titanium nitride  plasmon effect  full-spectrum absorption
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