一維自組裝有序NiOx摻雜TiO2納米管的制備及光電性質(zhì)研究.pdf

1、近年來,納米材料的引入使得功能材料與器件性能得到突破性提高。TiO2具有高催化活性、高化學(xué)穩(wěn)定性、安全無污染無刺激等特點(diǎn),在太陽能電池、電致變色器件、光催化、電化學(xué)能量存儲(chǔ)和藥物釋放等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大的作用。但由于TiO2屬于寬禁帶半導(dǎo)體(禁帶寬度為3.2-3.4eV),只能吸收紫外光,在很大程度上限制了充分利用太陽能。同時(shí)一維納米結(jié)構(gòu)能夠?yàn)楣馍娮犹峁┛焖俚耐ǖ?增大比表面積,展現(xiàn)出來更具優(yōu)勢的物理、化學(xué)和生物性能。因此本論文從調(diào)控Ti

2、O2能帶結(jié)構(gòu)和改善電子傳輸性能兩方面出發(fā),選用Ni元素進(jìn)行摻雜,利用電化學(xué)陽極氧化法制備一維自組裝有序的TiO2納米管,研究材料在光電化學(xué)方面的性能,具體研究內(nèi)容如下:
　　以TiNi合金作為電化學(xué)陽極氧化過程中的工作電極,通過改變合金中Ni的含量(0％、1%、2%、5%、50.8%)來調(diào)控Ni的摻雜濃度,在含有F離子的乙二醇溶液中制備一維自組裝有序的納米管。同時(shí)改變實(shí)驗(yàn)參數(shù),研究陽極氧化電壓、時(shí)間、NiOx的摻雜濃度對(duì)TiO2納

3、米管表面形貌的影響。
　　將制得的Ni摻雜TiO2納米管在不同溫度下熱處理,通過SEM、XRD、XPS等測試表征樣品的表面形貌,結(jié)晶程度和組成成分。結(jié)果表明,高溫?zé)Y(jié)基本沒有破壞一維納米管結(jié)構(gòu),且Ni主要以Ni2+和Ni3+的形式摻雜在TiO2納米管中。
　　為了進(jìn)一步考查Ni摻雜對(duì)TiO2電化學(xué)性質(zhì)的影響,以5%NiOx摻雜TiO2納米管為例,通過循環(huán)伏安法研究摻雜前后離子(H+和OH-)嵌入能力的改變,結(jié)果表明OH-的嵌

4、入能力大大提高。利用電化學(xué)阻抗譜發(fā)現(xiàn)當(dāng)材料在650℃燒結(jié)時(shí),Ni的摻雜改變了導(dǎo)電能力。通過測試電化學(xué)Mott-Schottky曲線,我們發(fā)現(xiàn)Ni的摻雜改變了材料的平帶電位且使施主濃度得到提高。
　　我們利用表面光電壓譜考查了Ni摻雜對(duì)TiO2納米管禁帶寬度的影響,以及材料受光激發(fā)后的光生電荷分離和傳遞的微觀機(jī)理,結(jié)果表明,經(jīng)Ni摻雜以后TiO2納米管的光電響應(yīng)被成功的擴(kuò)展至可見光區(qū),且在適當(dāng)熱處理溫度下,光生電子-空穴對(duì)的分離能力