TiO2基納米材料的制備及其光電催化性能的研究.pdf

1、能源危機(jī)和環(huán)境污染是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，氫能具有儲(chǔ)量豐富、高能量密度等優(yōu)勢，被認(rèn)為是理想綠色環(huán)保的可再生能源。采用光助電催化技術(shù)，以水為來源實(shí)現(xiàn)太陽能轉(zhuǎn)化為氫能成為當(dāng)下的研究熱點(diǎn)，其中二氧化鈦半導(dǎo)體在該領(lǐng)域具有帶隙位置合適、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢而備受關(guān)注。但是二氧化鈦帶隙較寬，電子-空穴的分離效率低，到目前為止，二氧化鈦的光電轉(zhuǎn)換效率仍很低。所以，制備寬光譜吸收（尤其是可見光）和具有良好的載流子分離性能的TiO2基復(fù)合材料成為有效利用

2、太陽能的關(guān)鍵所在。
　　針對以上問題，本論文通過摻雜、p-n結(jié)、半導(dǎo)體復(fù)合、構(gòu)筑核殼結(jié)構(gòu)等方法對一維二氧化鈦納米材料進(jìn)行了改性和修飾，從不同程度上改善了這些材料在光電催化分解水中的活性。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）應(yīng)用一步電化學(xué)還原的方法成功合成了電化學(xué)還原石墨烯和Ti3+自摻雜共修飾二氧化鈦納米管?？疾炝瞬煌娀瘜W(xué)還原圈數(shù)所得復(fù)合薄膜的光電催化性能并得到了最佳制備條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一步電化學(xué)還原處理可以同時(shí)引入電化學(xué)還

3、原石墨烯和Ti3+自摻雜，且在兩者的協(xié)同作用下不僅擴(kuò)寬了光譜的吸收范圍，而且提高了材料的穩(wěn)定性。
　?。?）利用碘化氧鉍的寬光譜吸收能力和特殊的p型半導(dǎo)體特性，應(yīng)用電化學(xué)沉積技術(shù)合成了具有 p-n結(jié)性質(zhì)的碘化氧鉍修飾二氧化鈦復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，碘化氧鉍有利于擴(kuò)寬光吸收的范圍至可見光，同時(shí)可以有效的改善電子-空穴的分離。碘化氧鉍修飾二氧化鈦的光電流高達(dá)2.97 mA/cm2，IPCE值在500 nm高達(dá)30％。
　?。?）

4、以氟摻雜氧化錫導(dǎo)電玻璃為基底，利用水熱法合成了 N/S i共摻雜單晶二氧化鈦納米棒，通過調(diào)整水熱反應(yīng)參數(shù)得到了最大光電流。采用高效鈣鈦礦太陽能電池與 N/Si共摻雜單晶二氧化鈦納米棒并聯(lián)實(shí)現(xiàn)了無偏壓分解水，最終光-氫轉(zhuǎn)換效率值達(dá)1.1%，比純二氧化鈦集成器件高5.7倍。
　?。?）應(yīng)用噴霧熱解技術(shù)合成了釩酸鉍納米顆粒包裹的二氧化鈦復(fù)合材料。形貌測試的結(jié)果表明，釩酸鉍包覆在二氧化鈦納米棒的表面和側(cè)面，形成了以釩酸鉍為殼層和二氧化鈦納