改性TiO-,2-納米管陳列膜電極的制備、表征及其光電性能.pdf

1、納米TiO2是一種重要的無機(jī)功能材料，在光催化降解大氣和水中的污染物、染料敏化太陽能電池、氣敏傳感器、光解水制氫等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，TiO2必須在高能量的紫外光下才能被激發(fā)，這就給TiO2的實(shí)際應(yīng)用帶來了很大的困難。另外，TiO2作為光催化劑存在半導(dǎo)體載流子復(fù)合率高，量子效率低等缺點(diǎn)，也限制了它的應(yīng)用。與其它形態(tài)的TiO2相比，TiO2納米管陣列具有更大的比表面積、更強(qiáng)的吸附能力、高效的電子傳輸通道，通過改性TiO2納米管陣

2、列有望在提高TiO2已有性能的同時(shí)，獲得新的功能特性。
　　 本文通過查閱文獻(xiàn)資料，在前人研究的基礎(chǔ)上，圍繞TiO2陣列膜電極的修飾和摻雜展開研究，成功地提高了TiO2的光電性能。主要工作及結(jié)果如下：
　　 1.用低溫熔鹽-電鍍法在鈦基體上沉積一層Cu-Ti合金膜，再通過陽極氧化法得到Cu-Ti-O納米管膜電極，研究結(jié)果表明：（1）熔鹽法中Cu2+可以誘導(dǎo)Ti（Ⅳ）發(fā)生誘導(dǎo)共沉積。（2）熔鹽Cu2+-Ti4+中隨著Ti4

3、+含量的增大，有利于Cu（Ⅱ）誘導(dǎo)Ti（Ⅳ）發(fā)生誘導(dǎo)共沉積，得到的產(chǎn)品Cu含量增加。（3）Cu-Ti-O納米管膜電極與TiO2陣列膜電極相比，能夠明顯提高光電轉(zhuǎn)換效率，當(dāng)熔鹽中Cu2+-Ti4+比為3:8時(shí)，所制Cu-Ti-O納米管膜電極的光電流密度在紫外光和模擬太陽光照射下，分別提高了9.3倍和21倍。（4）Cu-Ti-O納米管膜電極與TiO2陣列膜電極相比，在可見光區(qū)存在明顯的吸收。
　　 2.使用新方法，制備出一種不同于文

4、獻(xiàn)報(bào)道的銅氧化物/TiO2復(fù)合材料電極。首先在一定的條件下通過陽極氧化得到了直徑大約為100nm，管壁厚約為20納米的TiO2納米管陣列，然后將Cu電沉積到TiO2納米管陣列中，得到Cu/TiO2復(fù)合材料，接著在空氣中600℃熱處理6小時(shí)，因Cu元素離子半徑與Ti相近，使得Cu可能進(jìn)入TiO2晶格中，故可得到銅氧化物/TiO2復(fù)合材料。通過材料的熒光分析和光電流測試，分析材料在光照條件下電子和空穴的分離程度，結(jié)果表明：（1）TiO2納米

5、管陣列膜電極在CuSO4溶液中的循環(huán)伏安曲線有明顯的還原峰，表明Cu可以沉積在TiO2納米管陣列電極中。（2）修飾銅的最佳條件是在-0.45V（vs.Ag/AgCl）、恒壓電沉積200s，在紫外光和氙燈光源激發(fā)下光電流密度可分別提高約6倍和8.6倍。（3）當(dāng)電沉積時(shí)間大于200s時(shí)，銅覆蓋TiO2納米管陣列電極表面，則會增加電子-空穴復(fù)合的數(shù)目，使光電流下降，而且光生電子和空穴需經(jīng)過較長時(shí)間才能遷移到表面，這樣e-/h+復(fù)合機(jī)率就大，光

6、電流密度降低。（4）銅氧化物僅沉積在納米管陣列TiO2孔道中時(shí)不僅將納米管的光響應(yīng)范圍擴(kuò)展到可見區(qū)，而且還提高了光生電子-空穴的分離效率。
　　 3.通過陽極氧化法制備出TiO2納米管陣列并進(jìn)行表面修飾得到Bi2O3或BiOI修飾的TiO2納米管陣列電極，以提高其光電性能。并用場發(fā)射掃描電鏡觀察修飾后TiO2納米管的表面形貌，XRD分析修飾后TiO2納米管的晶體結(jié)構(gòu)，熒光光譜分析修飾后TiO2納米管電子-空穴的分離情況，研究Bi

7、2O3或BiOI修飾的TiO2納米管陣列電極的光電性能。研究結(jié)果表明：（1）鉍氧化物修飾TiO2納米管電極材料提高了光生電子-空穴的分離效率，所修飾的TiO2電極材料的光電流有了顯著的提高。（2）當(dāng)修飾的鉍氧化物量過多時(shí)，阻礙了電子和空穴向表面的傳遞，TiO2表面鉍氧化物成為電荷載流子的復(fù)合中心，導(dǎo)致光電流密度降低。（3）修飾時(shí)用合適濃度的CMC作為分散劑和粘結(jié)劑，有利于鉍離子進(jìn)入TiO2納米管陣列電極。而CMC濃度過高時(shí)，由于粘度過高