Sn4+、Sb3+、Nb5+摻雜二氧化鈦納米材料的制備及其光電特性研究.pdf

1、StudyontheFabricationandPhotoelectricPropertiesofSn4、Sb3、Nb5dopedTitaniumDioxideNanomaterialsADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolofHenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceBy三

2、fWenwenSupervisor：AssociateProfTianBaoliDate：June，2014摘要摘要二氧化鈦具有化學(xué)穩(wěn)定性好、無污染、抗光腐蝕、價(jià)格廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，在太陽能電池、光催化降解有機(jī)物、氫能源的產(chǎn)生等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。但是Ti02只能吸收紫外光，阻礙了太陽光的有效利用，其應(yīng)用前景也受到了限制。為了拓寬二氧化鈦的帶邊吸收，經(jīng)常利用金屬離子的摻雜、非金屬元素和金屬離子共摻、窄帶隙半導(dǎo)體的復(fù)合、表面處理等不同的方法

3、提高Ti02對(duì)可見光的響應(yīng)能力。但是，二氧化鈦在可見光區(qū)弱的光電性能，成為制約其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。因此，針對(duì)上述問題我們開展了金屬離子摻雜二氧化鈦納米材料的制備和光電性能研究工作，具體的研究?jī)?nèi)容如下：在第二章中我們利用水熱合成法以鈦酸四丁酯為前驅(qū)體，在強(qiáng)酸性條件下，制備了二氧化鈦及不同錫摻雜量的二氧化鈦納米棒陣列薄膜。隨后通過不同的表征技術(shù)例如XRD、Raman、SEM分別對(duì)樣品的晶相和形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明Sn的摻雜并沒有改變金紅

4、石相的結(jié)構(gòu)和納米棒形貌。通過對(duì)樣品進(jìn)行紫外可見漫反射譜的表征顯示Sn的摻雜使Ti02的吸收帶邊發(fā)生了紅移，擴(kuò)展了其可見光吸收。進(jìn)一步通過XPS的表征表明Sn3d5／2和Sn3d3／2分別位于4864eV和4952eV處，說明錫以Sn4的形式摻入到了Ti02的晶格中。之后我們利用CBD方法在樣品上沉積CdS納米顆粒，然后以多硫電解液為電解質(zhì)、Cu2S為對(duì)電極對(duì)樣品進(jìn)行光電性能的測(cè)試，結(jié)果表明Sn摻雜量越高，器件的光電轉(zhuǎn)換效率越高。由于Sn

5、的摻雜提高了載流子的密度和傳輸效率導(dǎo)致效率的提高。在第三章中我們利用上述合成方法制備了不同銻摻雜量的Ti02納米棒陣列薄膜。結(jié)構(gòu)和形貌表征結(jié)果顯示Sb摻雜后仍為金紅石相結(jié)構(gòu)和納米棒狀形貌，光吸收的性能測(cè)試表明吸收帶邊沒有發(fā)生了紅移。由于Sb203中Sb的3d峰結(jié)合能5296eV與0的1s峰結(jié)合能530eV比較接近不易分辨，并且也沒有檢測(cè)到Sb3d3陀峰的出現(xiàn)，其結(jié)合能在5376eV，說明Sb的摻雜量偏低。CdS量子點(diǎn)敏化后光電性能測(cè)試表