CdS-TiO2復(fù)合薄膜的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、作為一種常見的半導(dǎo)體材料，TiO2在光催化領(lǐng)域發(fā)展最早、研究也更為廣泛，因此TiO2是目前應(yīng)用最廣泛的納米光催化材料。相比之下，TiO2半導(dǎo)體材料用于太陽能領(lǐng)域的發(fā)展和實用化進(jìn)程就相對緩慢很多。這是因為TiO2半導(dǎo)體材料禁帶寬度較大的天然劣勢，導(dǎo)致其光吸收閾值位于紫外光波段，降低了其對可見光的利用率。因而擴展TiO2的光吸收范圍，提高其光生電子空穴對的分離率成了目前TiO2光伏材料的研究重點之一?；谔岣逿iO2對可見光的利用率這一目標(biāo)

2、，本文采用水熱法合成TiO2，通過改變反應(yīng)條件來控制TiO2的微觀形貌，最終合成TiO2納米棒陣列結(jié)構(gòu)的薄膜，并采用CdS來敏化制備CdS/TiO2復(fù)合薄膜。主要實驗結(jié)果表明:
　　采用水熱法制備了TiO2，以FTO為基底、HCl作為水解抑制劑，成功制備出TiO2納米棒和納米片薄膜。FTO基底和HCl的存在是TiO2納米棒薄膜形成的前提條件，TiO2納米棒的微觀形貌受反應(yīng)時間、HCl濃度和添加劑的影響。SEM分析結(jié)果說明:反應(yīng)時間

3、為18h時，F(xiàn)TO表面反應(yīng)充分，此時形成的膜體致密無脫落;隨著HCl含量的增加，TiO2納米棒的直徑變小，同時分散度更好。HCl的量繼續(xù)增加，則納米棒倒伏現(xiàn)象明顯，且膜體變薄直至反應(yīng)停止;反應(yīng)時間為18h，鈦酸丁酯的量為0.33ml，鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20.6％是制備TiO2納米棒陣列的理想工藝參數(shù);HF添加劑的加入導(dǎo)致TiO2納米棒轉(zhuǎn)變?yōu)門iO2納米片狀結(jié)構(gòu)。XRD和紫外可見光吸收光譜分析可知，所制備的TiO2納米棒陣列薄膜為金紅石單晶

4、，而TiO2納米片為銳鈦礦結(jié)構(gòu)的單晶。分析結(jié)果顯示:Cl-和F-在棒狀結(jié)構(gòu)和片狀結(jié)構(gòu)的形成過程中起了關(guān)鍵作用。
　　以二甲基亞砜(DMSO)和水的混合溶液為電解液，CdCl2和硫代乙酰胺分別為鎘源和硫源，采用電化學(xué)方法制備了CdS顆粒。從SEM和XRD分析可知，隨著電解液中DMSO的比例增加，CdS顆粒由六邊形顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)榍驙铑w粒。XRD分析結(jié)果顯示，制備的CdS顆粒均為六方相的纖鋅礦結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)電解液pH值影響電極上CdS的生成

5、速度，隨著溶液H+濃度的增加，電極上CdS的反應(yīng)加快。紫外可見光吸收光譜顯示，CdS的吸收邊均在可見光區(qū)域。
　　以TiO2納米棒陣列薄膜為基底，采用循環(huán)伏安電沉積法將CdS納米顆粒修飾在TiO2納米棒陣列上，以此來提高TiO2對可見光的吸收效率。 CdS納米顆粒有選擇的修飾在TiO2納米棒的(002)晶面上形成了CdS/TiO2球棒結(jié)構(gòu)。分析認(rèn)為紫外線輻照預(yù)處理過的TiO2納米棒將更有利于CdS納米顆粒的電沉積，并通過實驗進(jìn)行驗