TiO2納米管陣列的沉積改性與物性研究.pdf

1、由于在半導(dǎo)體光電解水制氫、傳感器、染料敏化電池、光催化還原CO2制碳?xì)淙剂?、光催化降解有機(jī)污染物及儲(chǔ)氫等方面有極大的潛在應(yīng)用，高度有序的TiO2納米管陣列薄膜已經(jīng)引起了國(guó)內(nèi)外極大關(guān)注。然而，TiO2納米管陣列自身的不足決定了只有對(duì)它實(shí)施功能化改性才能夠?qū)崿F(xiàn)其效用的最大化。獲得具有預(yù)期結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列是改性的前提；選擇合適的材料對(duì)納米管陣列實(shí)施改性，是實(shí)現(xiàn)TiO2納米管陣列效用最大化的基礎(chǔ)；對(duì)改性材料實(shí)施可控沉積，是提升性能的關(guān)鍵

2、。
　　 本文通過(guò)探索陽(yáng)極氧化電流密度與納米管陣列形貌的關(guān)系，制備了具有預(yù)期結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列；通過(guò)把握CdS及CdSe在TiO2納米管內(nèi)的沉積機(jī)理，分別實(shí)現(xiàn)了CdS、CdSe及（CdS+CdSe）在納米管內(nèi)的可控沉積；通過(guò)探索沉積條件對(duì)Pt在TiO2納米管陣列上沉積效果的影響，實(shí)現(xiàn)了Pt對(duì)CdSe/CdS/TiO2體系的沉積改性。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、制備TiO2納米管陣列時(shí)，電流密度過(guò)小，則所得到的膜厚

3、度小、有序度低、管狀結(jié)構(gòu)差；電流密度過(guò)大時(shí)，雖然膜的厚度更大些，但納米管狀結(jié)構(gòu)凌亂、有序性下降。當(dāng)電流密度為～30.0 mA/cm2時(shí)，所制備的TiO2納米管陣列有序度更高、管壁厚度均勻、膜厚度大。
　　 2、以化學(xué)沉積的方式將CdS、CdSe沉積在TiO2納米管內(nèi)時(shí)，Cd2+濃度不同，則CdS與CdSe在納米管內(nèi)的沉積機(jī)理不同：當(dāng)濃度小的時(shí)候，TiO2納米管壁上的晶格缺陷將誘導(dǎo)異相成核反應(yīng)發(fā)生，生成的晶核通過(guò)與管壁接觸來(lái)降低成

4、核界面能，因此形成的CdS和CdSe附著在納米管壁上，沉積材料生長(zhǎng)的方向指向納米管中央；當(dāng)濃度大的時(shí)候，瞬時(shí)生成的、大量的晶核縮短了晶核間距，導(dǎo)致了更多有效碰撞，因而晶核極易團(tuán)聚長(zhǎng)大并在重力的作用下沉降，沉積材料生長(zhǎng)的方向指向納米管壁和管口。沉積機(jī)理的把握為在納米級(jí)空間內(nèi)進(jìn)行材料可控構(gòu)筑提供了很好的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
　　 3、對(duì)于以CdS和CdSe改性的TiO2納米管陣列而言，改性體系在紫外光區(qū)到可見(jiàn)光區(qū)的光吸收隨著CdS、CdSe在

5、TiO2納米管內(nèi)沉積的量的增加而顯著增強(qiáng)，體系的光學(xué)能帶隙逐漸下降；體系的光電性能隨著沉積的CdS、CdSe的量先增加然后下降，即改性材料的光電性能不僅依賴(lài)于體系產(chǎn)生的電子—空穴對(duì)的數(shù)量，也依賴(lài)于光生電子—空穴對(duì)及時(shí)、有效地分離和導(dǎo)出。
　　 4、對(duì)TiO2納米管實(shí)施CdS-CdSe共沉積改性時(shí)發(fā)現(xiàn)，在納米級(jí)的空間內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)有別于傳統(tǒng)器皿中的反應(yīng)，此時(shí)離子從納米管外向納米管內(nèi)遷移的過(guò)程成了反應(yīng)的控制步驟。共改性體系的光電流隨著

6、CdS和CdSe層厚度的增加先增強(qiáng)，然后下降——從改性體系的內(nèi)徑上說(shuō)，當(dāng)其內(nèi)徑為25～40 nm 時(shí)，其光電性能最好。這一結(jié)果也進(jìn)一步說(shuō)明TiO2納米管改性體系的光電性能不僅由光生載流子的數(shù)量決定，光生載流子的有效導(dǎo)出也是決定其光電性能的重要因素：若光生載流子能夠被有效導(dǎo)出則性能更好，如果改性材料與液體介質(zhì)的接觸面積太小而不利于光生載流子的導(dǎo)出時(shí)，雖然光生載流子數(shù)量增加，其光電流也將下降。
　　 5、以Pt為沉積金屬，通過(guò)電化學(xué)