TiO-,2-納米管陣列的改性與光電性能研究.pdf

1、針對(duì)目前日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染以及能源短缺問題,二氧化鈦納米管陣列(TiO2NT)由于其催化能力強(qiáng)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及無毒等特性而吸引研究人員的廣泛關(guān)注。然而,TiO2禁帶寬度為3.2 eV,根據(jù)理論計(jì)算僅能吸收太陽(yáng)光中5％的紫外光,這限制了TiO2納米管的進(jìn)一步應(yīng)用。在降解時(shí),TiO2作為光催化劑所產(chǎn)生的光生載流子會(huì)發(fā)生部分的復(fù)合,影響其光催化降解速率。為了克服上述缺點(diǎn),研究者采用了許多的方法對(duì)TiO2進(jìn)行改性,其中包括非金屬摻雜、貴金屬沉

2、積、窄帶半導(dǎo)體復(fù)合等。
　　 本文通過簡(jiǎn)單的化學(xué)氣相沉積法,制備碳納米棒/TiO2納米管復(fù)合電極,拓寬了TiO2的吸光范圍,提高了TiO2納米管的光生載流子的傳輸速度,進(jìn)而提高了其光電性能。為了進(jìn)一步探討復(fù)合二元半導(dǎo)體的光電性能,首次研究PbS敏化的TiO2納米管陣列光電極。為了開發(fā)TiO2在電化學(xué)中的應(yīng)用,制備Pt/CNT/TiO2復(fù)合電極,研究其作為高效綠色新能源電極材料的應(yīng)用。具體內(nèi)容如下:
　　 (1)碳納米棒/

3、TiO2納米管復(fù)合光電極的制備、表征和光電催化性能研究:應(yīng)用陽(yáng)極氧化法制得管徑90 nm,長(zhǎng)300 nm的TiO2納米管陣列為基底,以聚乙烯醇為碳源,尿素為氮源,利用化學(xué)氣相沉積法,制備了碳氮摻雜和碳納米棒修飾的TiO2納米管陣列。該材料的比表面積大、吸附能力強(qiáng)、導(dǎo)電性能好；同時(shí),由于碳納米棒與TiO2構(gòu)成了異質(zhì)結(jié)構(gòu),可有效傳輸光生載流子,降低光生電子和空穴的復(fù)合機(jī)率。結(jié)果表明,碳納米棒/TiO2納米管復(fù)合光電極的光電性能是未修飾的Ti

4、O2納米管陣列的3倍；在甲基橙的催化降解實(shí)驗(yàn)中,也表現(xiàn)了更好的光催化性能,是未修飾的TiO2納米管陣列的2倍。
　　 (2)PbS敏化TiO2納米管陣列光電極的制備與其在光電催化性能方面的研究。采用兩種方法制備PbS敏化TiO2納米管陣列光電極:第一種方法是連續(xù)離子層吸附反應(yīng)法(SILAR),該法制備的PbS顆粒尺寸較小,在光電測(cè)試中光生電流達(dá)到11.02 mA,不足之處就是耗時(shí)間,而且不易控制修飾的量。第二種方法是應(yīng)用恒電壓沉

5、積法,該方法簡(jiǎn)單,易于實(shí)驗(yàn)操作,制備的.PbS顆粒較大。在光電測(cè)試中,光生電流減弱到6.02 mA。相比純的TiO2,復(fù)合材料PbS/TiO2在催化降解甲基橙(MO)實(shí)驗(yàn)中,表現(xiàn)出更高的光催化性能。
　　 (3)Pt/CNT/TiO2納米管復(fù)合電極的制備和其在電化學(xué)中的應(yīng)用研究:以300nm長(zhǎng)的TiO2納米管陣列為基底,聚乙二醇6000為碳源,鎳為碳的催化劑,使無序的碳納米管(CNT)生長(zhǎng)在TiO2納米管陣列的表面,呈現(xiàn)出多孔網(wǎng)