TiO2納米管陣列光陽極材料的尺寸調(diào)控和性能優(yōu)化.pdf

1、利用太陽能分解水產(chǎn)生氫氣，對解決現(xiàn)在的能源與環(huán)境危機(jī)有著重要意義。TiO2作為典型的過渡金屬氧化物，具有廉價、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性高和催化活性強(qiáng)等優(yōu)異的物理化學(xué)性能，因而成為太陽能光解水制氫首選的光陽極材料。但是，由于TiO2半導(dǎo)體內(nèi)的載流子遷移率低、擴(kuò)散距離短等原因?qū)е缕涔饬孔有屎艿?。為了解決此問題，Grimes等人設(shè)計(jì)了具有優(yōu)良的電子傳輸能力和低載流子復(fù)合率的納米管結(jié)構(gòu)。雖然在過去十多年里前人在納米管的制備、結(jié)構(gòu)、性能及改性方面都做了

2、大量的研究，但是并沒能找到一個與納米管的性能直接相關(guān)的尺寸參數(shù)。本論文試圖通過對TiO2納米管結(jié)構(gòu)參數(shù)的精細(xì)調(diào)控，探測結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能的聯(lián)系，找到影響納米管性能的關(guān)鍵二維尺寸參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對其性能的優(yōu)化。
　　 本文采用恒壓陽極氧化法在NH4F/水/乙二醇電解液中，在不同氧化參數(shù)（電解液的濃度、陽極氧化電壓、氧化時間等）的條件下制備得到TiO2納米管陣列薄膜，并掌握其形貌尺寸的變化趨勢以及結(jié)構(gòu)性能之間的關(guān)聯(lián)，然后調(diào)控出性能最佳的納米管

3、陣列，最后再進(jìn)一步對優(yōu)化TiO2納米管陣列薄膜進(jìn)行部分改性研究。本文主要采用FE-SEM、XRD、TEM等表征方法對納米管陣列的形貌和結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征；采用XPS對摻雜納米管進(jìn)行元素和成分分析；采用UV-Vis對納米管陣列進(jìn)行光學(xué)吸收性能測試；利用CHI760D電化學(xué)平臺測量其光電流密度，然后通過計(jì)算得到光電轉(zhuǎn)換效率。具體研究內(nèi)容如下:
　　 Ⅰ.采用恒壓陽極氧化法，在含NH4F、水和乙二醇復(fù)合電解液中，通過改變各個陽極氧化參數(shù)（陽

4、極氧化電壓、F-離子濃度、水含量、氧化時間）制備得到不同形貌尺寸的TiO2納米管陣列薄膜，掌握制備參數(shù)對形貌的影響。
　　 Ⅱ.在充分熟悉制備參數(shù)對形貌影響的基礎(chǔ)上，有效的調(diào)控TiO2納米管陣列的管徑、壁厚和長度，并考察它們對光電化學(xué)性能的影響，從而明確結(jié)構(gòu)參數(shù)和性能的關(guān)聯(lián)，調(diào)控出光電性能最佳的納米管陣列薄膜。
　　 Ⅲ.通過原位共摻雜的方法制備出金屬非金屬元素(Fe、P)共摻雜的TiO2納米管陣列薄膜，并考察其對納米管