負載Cu2O型TiO2納米管的制備表征及其光電性能研究.pdf

1、隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染逐漸成為兩大世界性亟待解決的問題。許多科研單位和科研工作者都致力于這兩大世界性問題的解決。利用半導體材料來實現(xiàn)太陽能的轉化和廢水中有機物的降解成為近年來的研究熱點。到目前為止,TiO2因其無毒、價廉、化學穩(wěn)定性佳以及光催化活性高等優(yōu)點而成為研究最多的功能半導體材料之一。常規(guī)的顆粒狀TiO2因其在基底上的負載而使得有效的比表面積急劇減少,而且應用過程中所產生的光生電子和空穴對易于復合逐漸成為限制其應

2、用的關鍵性因素。此外,由于TiO2禁帶寬帶較寬(銳鈦礦約為3.2eV,金紅石約為3.0 eV),這使得TiO2僅能吸收利用只占太陽光譜約3～4％的紫外光。因而,關于新形貌TiO2的制備和對TiO2的可見光改性,從而提高其對太陽能的利用率,成為目前關于TiO2這一重要的光催化型半導體研究領域的重點課題之一。
　　 本課題針對傳統(tǒng)顆粒狀TiO2的不足,提出了管狀TiO2納米材料的制備以及窄禁帶半導體對其可見光響應復合改性的設想。本論

3、文首先采用陽極氧化法在金屬鈦基底上制備出了高度有序的TiO2納米管陣列薄膜,然后采用脈沖電流法在TiO2納米管陣列上沉積負載Cu2O,從而制備出了Cu2O-TiO2納米管陣列異質結復合薄膜。借助場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)、漫反射紫外-可見分光光度計(UV-Vis)以及光電流測試等表征和測試手段,詳細探討了Cu2O沉積過程中的電解液的攪拌方式(靜止、磁力攪拌和超聲攪拌)和脈沖沉積電流密度的大小(0.2mA/

4、cm2-1.5mA/cm2)等參數(shù)對復合薄膜形貌、物相以及光電性能的影響。
　　 由形貌分析和物相研究可知,所制備的TiO2納米管陣列高度有序、分布均勻,管徑約為100nm,管長約為400 nm,其上負載的Cu2O的形貌隨脈沖沉積電流增加的變化規(guī)律為不規(guī)則團簇分叉枝狀,團簇削角八面體狀,分散生長的削角八面體狀逐漸過渡到分散交替生長的完整八面體;磁力攪拌和超聲攪拌條件下Cu2O的生長規(guī)律轉變比靜止條件下有所滯后,但有利于獲得單一物