氧化鈦納米片復(fù)合薄膜的制備及其性能研究.pdf

1、在光電化學(xué)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的研究中，提高太陽(yáng)光譜利用率是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。如何提高光電轉(zhuǎn)換材料對(duì)太陽(yáng)光譜的吸收率和吸收范圍，無(wú)論對(duì)于研究半導(dǎo)體的光物理和光化學(xué)性質(zhì)，還是改進(jìn)太陽(yáng)能電池都具有非常重要的意義。 無(wú)機(jī)氧化物半導(dǎo)體資源豐富、性質(zhì)穩(wěn)定、環(huán)境友好、工藝簡(jiǎn)單，以及吸光能力強(qiáng)、抗光腐蝕能力好，因而得到人們廣泛關(guān)注；但其吸收光譜范圍窄，主要集中在波長(zhǎng)短、光強(qiáng)小的紫外光區(qū)。因此，光敏化成為拓寬無(wú)機(jī)氧化物半導(dǎo)體吸收光譜范圍的有效方法。

2、將具有窄禁帶和寬禁帶的兩種無(wú)機(jī)氧化物半導(dǎo)體納米片材料進(jìn)行復(fù)合，一方面，基于電子躍遷平臺(tái)在寬禁帶中的搭建，不但使材料的吸收光譜發(fā)生紅移、吸收光譜范圍拓寬，而且避免了傳統(tǒng)的窄禁帶半導(dǎo)體和有機(jī)染料光敏化帶來(lái)的光腐蝕、光老化等問(wèn)題；另一方面，基于納米片材料的量子尺寸效應(yīng)和量子隧穿效應(yīng)，使光生電子在納米片層間傳輸和躍遷的勢(shì)壘降低，從而增大光電流響應(yīng)。本論文首次提出采用窄禁帶的無(wú)機(jī)氧化物半導(dǎo)體作為光敏化劑，并融合新型結(jié)構(gòu)的納米片材料和靜電層層自組裝

3、技術(shù)制備成光電轉(zhuǎn)換復(fù)合薄膜，通過(guò)測(cè)試其電化學(xué)和光電化學(xué)性能，進(jìn)而探討復(fù)合機(jī)理。論文包括以下三部分內(nèi)容： 1.層裝前體材料的制備和剝離。分別采用高溫固相法和水熱合成法制備了層狀鈦酸銫和層狀二氧化錳前體材料，經(jīng)質(zhì)子交換后采用烷基銨陽(yáng)離子通過(guò)溶脹剝離法得到均一、穩(wěn)定的氧化鈦和二氧化錳納米片膠體溶液；采用成核/晶化隔離法合成出硝酸根插層的鈷鋁水滑石前體，并用甲酰胺實(shí)現(xiàn)層板剝離，獲得鈷鋁水滑石納米片膠體溶液。 2.氧化鈦和二氧化錳

4、納米片復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試。采用靜電層層自組裝方法制備出復(fù)合薄膜，并采用X射線衍射分析和X射線光電子能譜逐層濺射分析方法確定其周期厚度、表征層狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)； 利用電化學(xué)循環(huán)伏安曲線探討復(fù)合薄膜的電極反應(yīng)性質(zhì)及過(guò)程，并根據(jù)氧化還原電位構(gòu)筑復(fù)合薄膜的電子能級(jí)模型，闡述薄膜的復(fù)合機(jī)理；計(jì)時(shí)安培測(cè)試結(jié)果表明：復(fù)合薄膜在模擬太陽(yáng)光條件下的光電流響應(yīng)達(dá)到2.22 μA·cm<'-2>，比復(fù)合前提高10倍；線性掃描伏安曲線得到復(fù)合薄膜的