TiO2基納米材料的制備及其光電催化性能的研究.pdf

1、能源危機和環(huán)境污染是當今社會發(fā)展面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，氫能具有儲量豐富、高能量密度等優(yōu)勢，被認為是理想綠色環(huán)保的可再生能源。采用光助電催化技術，以水為來源實現太陽能轉化為氫能成為當下的研究熱點，其中二氧化鈦半導體在該領域具有帶隙位置合適、穩(wěn)定性高的優(yōu)勢而備受關注。但是二氧化鈦帶隙較寬，電子-空穴的分離效率低，到目前為止，二氧化鈦的光電轉換效率仍很低。所以，制備寬光譜吸收（尤其是可見光）和具有良好的載流子分離性能的TiO2基復合材料成為有效利用

2、太陽能的關鍵所在。
　　針對以上問題，本論文通過摻雜、p-n結、半導體復合、構筑核殼結構等方法對一維二氧化鈦納米材料進行了改性和修飾，從不同程度上改善了這些材料在光電催化分解水中的活性。主要研究內容如下：
　　（1）應用一步電化學還原的方法成功合成了電化學還原石墨烯和Ti3+自摻雜共修飾二氧化鈦納米管。考察了不同電化學還原圈數所得復合薄膜的光電催化性能并得到了最佳制備條件。實驗結果表明，一步電化學還原處理可以同時引入電化學還

3、原石墨烯和Ti3+自摻雜，且在兩者的協同作用下不僅擴寬了光譜的吸收范圍，而且提高了材料的穩(wěn)定性。
　　（2）利用碘化氧鉍的寬光譜吸收能力和特殊的p型半導體特性，應用電化學沉積技術合成了具有 p-n結性質的碘化氧鉍修飾二氧化鈦復合材料。實驗結果表明，碘化氧鉍有利于擴寬光吸收的范圍至可見光，同時可以有效的改善電子-空穴的分離。碘化氧鉍修飾二氧化鈦的光電流高達2.97 mA/cm2，IPCE值在500 nm高達30％。
　　（3）

4、以氟摻雜氧化錫導電玻璃為基底，利用水熱法合成了 N/S i共摻雜單晶二氧化鈦納米棒，通過調整水熱反應參數得到了最大光電流。采用高效鈣鈦礦太陽能電池與 N/Si共摻雜單晶二氧化鈦納米棒并聯實現了無偏壓分解水，最終光-氫轉換效率值達1.1%，比純二氧化鈦集成器件高5.7倍。
　?。?）應用噴霧熱解技術合成了釩酸鉍納米顆粒包裹的二氧化鈦復合材料。形貌測試的結果表明，釩酸鉍包覆在二氧化鈦納米棒的表面和側面，形成了以釩酸鉍為殼層和二氧化鈦納