tio2納米片陣列：基于晶面修飾的光電性能與sers性能研究

1、l l + l i + l l + i l P + l I P M l l l l lI IY 3 2 1 5 4 9 7嚳矮爨冀博士學(xué)位論文學(xué)拉代碼；1 0 3 5 7密 裊，保密期硪；T i O ：．納米片陣列：基于晶面修飾的光電性能與S E R S 性能研究T i 0 2 N a n o s h e e t A r r a y s ：P h o t o e l e c t r o n i ca n d S E R SP r o p

2、 e r t i e sM o d i f i e d b y F a c e t學(xué) 號(hào)姓 名一級(jí)學(xué)科二級(jí)學(xué)科指導(dǎo)教師完成時(shí)間B 1 4 1 0 1 0 0 1楊蕾材料科學(xué)與工程材料物理與化學(xué)孫兆奇教授2 0 1 7 年5 月I t l l l l I I I l l U I I I i t $ 1 1 1 1 1 I I IY 3 2 1 5 4 9 7摘要作為一種重要的n 型半導(dǎo)體，T i 0 2 在太陽(yáng)能電池、環(huán)境凈化、自清潔、防

3、霧涂層、電化學(xué)能存儲(chǔ)等方面有重要應(yīng)用。半導(dǎo)體性質(zhì)不僅與其晶型、比表面積、晶格缺陷、結(jié)晶度有關(guān)，還和其暴露的晶面有關(guān)。目前，理論和實(shí)驗(yàn)都已證實(shí)銳鈦礦{ O O l } 面相比熱力學(xué)穩(wěn)定的{ o l o ) 、{ 1 0 1 ) 面活性更強(qiáng)。在本文中，利用H F做形貌控制劑，合成了一系列銳鈦礦單晶的T i 0 2 納米片陣列( T N S ) 薄膜。然而，T i 0 2 因其寬帶隙和光生電子．空穴對(duì)高復(fù)合率，限制了其應(yīng)用。因此，相關(guān)課題組開(kāi)

4、展了一系列基于高暴露{ 0 0 1 ' 面T i 0 2 復(fù)合材料的研究工作。在本文中，我們基于{ 0 0 1 } T N S 復(fù)合材料制備及其性能研究工作開(kāi)展如下。利用水熱法制各了不同{ 0 0 1 l 晶面暴露比的T N S 。通過(guò)S E M 、T E M 、X R D 、R a m a n 、U V ．V i s 研究了鹽酸濃度對(duì)樣品形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)鹽酸濃度從4 ．8 m o l ／L 升至5 ．2m o

5、 l ／L ，稠密的片狀結(jié)構(gòu)長(zhǎng)在F T O 基底上，{ 0 0 1 '面暴露比從7 6 ％增加到8 4 ％。隨著{ 0 0 1 } 面比例增加，1 4 4 c m 。1 處拉曼峰減弱，光電流升高。在鹽酸為4 ．8 m o l ／L 濃度下制得樣品催化活性最高。利用水熱法和還原法制備了A g ／T N S 薄膜。研究討論了相比T N S ，A g ／T N S形貌、微結(jié)構(gòu)、光學(xué)、光電化學(xué)性能變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)A g ／T N S 在可

6、見(jiàn)光區(qū)光吸收增強(qiáng)，這主要?dú)w結(jié)于A g 的S P R 效應(yīng)。隨著樣品上A g 納米顆粒量增加，薄膜樣品帶隙值從3 ．2 le V 紅移至3 ．0 8e V ，光電流從1 8 肛m ／c m 2 增加至5 0 m n ／c m 2 。樣品A g ／T N S 表現(xiàn)出增強(qiáng)的光電化學(xué)性能主要是由于高能{ 0 0 1 ) 面的T N S 垂直原位的生長(zhǎng)在F T O 表面以及A g 納米粒子S P R 效應(yīng)共同作用的結(jié)果。通過(guò)調(diào)控T N S 表面F

7、 離子含量，使C d S 沉積在{ 1 0 1 ) 面上。對(duì)于C d S ／T i 0 2結(jié)構(gòu)，在光輻射下，光生電子從C d S 納米粒子轉(zhuǎn)移至T N S ，同時(shí)，由于能級(jí)問(wèn)關(guān)系，電子由{ 0 0 1 ) 面轉(zhuǎn)移至{ 1 0 1 ) 面。C d S 納米粒子在{ 1 0 1 ) 面的沉積將縮短電子遷移距離，進(jìn)而降低與空穴、缺陷等復(fù)合的幾率。在本工作中，C d S 納米粒子{ 1 0 I ) 面的選擇性沉積；銳鈦礦{ O O l } 、{

8、 1 0 1 ) 晶面間帶邊差，兩者共同作用促進(jìn)了光生載流子在不同晶面間分離，增強(qiáng)了其光電性能。利用電沉積方法，將C u 2 0 沉積在T N S 的{ 1 0 1 } 面上，制備了C u 2 0 ／{ 1 0 1 } T N S復(fù)合材料電極。當(dāng)沉積電壓為．0 ．1V ，．0 ．2V 時(shí)，邊長(zhǎng)為0 ．6 ．1 ．0g r n 八面體C u 2 0顆粒沉積在T N S 的{ 1 0 1 } 晶面上；當(dāng)沉積電壓為．0 ．3V ，C u 2