金紅石TiO2陣列薄膜的制備、摻雜及其性能研究.pdf

1、世界經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源和環(huán)境已成為制約社會(huì)發(fā)展和人類進(jìn)步的主要問題。人類對太陽能資源及太陽能轉(zhuǎn)化技術(shù)的需求越來越迫切。半導(dǎo)體光催化技術(shù)利用半導(dǎo)體納米粒子在光照下進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化，將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、生物能等;半導(dǎo)體材料在常溫常壓下可以利用太陽光實(shí)現(xiàn)對環(huán)境污染物的降解，為目前嚴(yán)峻的環(huán)境問題提供了有效的解決途徑。半導(dǎo)體光催化材料具有本身不會(huì)對環(huán)境造成二次污染和可徹底分解污染物等優(yōu)點(diǎn)。目前半導(dǎo)體光催化技術(shù)已成為解決環(huán)境污染和新能源利用的重要方法。

2、
　　TiO2作為光催化劑因其成本低、化學(xué)穩(wěn)定性好、對可見光有響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但TiO2帶隙為3.2eV，吸收邊為416nm在大量實(shí)驗(yàn)中得出其光譜響應(yīng)范圍窄及對太陽光利用率偏低等應(yīng)用難題。TiO2作為半導(dǎo)體光催化劑在受到光照后產(chǎn)生電子空穴容易復(fù)合，進(jìn)而大大降低了其光電化學(xué)活性。TiO2作為光催化劑多為粉末狀態(tài)，粉末狀態(tài)使其在應(yīng)用中存在諸多弊端，如投入溶液中進(jìn)行光催化反應(yīng)后回收困難、重復(fù)利用率低。為解決TiO2在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，

3、對TiO2的研究工作中主要集中在兩個(gè)方面，一方面擴(kuò)大TiO2的吸收光譜同時(shí)提高其在光照后抑制光生電子和空穴的復(fù)合能力，進(jìn)而提高其對太陽光利用率和光催化效率;另一方面提出新的TiO2光催化劑應(yīng)用形態(tài)使其在應(yīng)用中不會(huì)造成二次污染并提高其重復(fù)利用能力。
　　本文中制備以FTO導(dǎo)電玻璃為基底，水熱法合成金紅石TiO2陣列薄膜。最佳實(shí)驗(yàn)條件為:太酸丁酯投加量0.04mol/L、反應(yīng)釜內(nèi)水熱時(shí)間25h、烘箱加熱溫度180℃、馬弗爐400℃煅燒

4、lh形成具有一維納米結(jié)構(gòu)金紅石TiO2陣列薄膜。組成陣列薄膜的金紅石TiO2納米棒為單晶結(jié)構(gòu)FTO基底上生長的TiO2納米棒且具有很強(qiáng)的取向性，同時(shí)沿基底方向垂直生長。
　　為了提高薄膜材料在可見光下響應(yīng)，提高太陽光利用效率進(jìn)而提高光電化學(xué)分解水能力。以金紅石TiO2陣列薄膜為基底，制備Fe2O3金紅石TiO2陣列薄膜。當(dāng)硝酸鐵的投加量為0.03mol/L時(shí)，制備的復(fù)合薄膜材料的阻抗測試表明:經(jīng)過Fe2O3復(fù)合后，薄膜電阻變小，較

5、小的電阻可以提高電荷的傳輸速度并促進(jìn)光生電子與空穴分離。線性伏安測試表明，經(jīng)Fe2O3復(fù)合后的金紅石TiO2陣列薄膜光電流密度相比于Fe2O3納米棒薄膜提高了將近6倍，為0.12 mA·cm2。
　　為探討金紅石TiO2陣列薄膜在污染物降解方面的應(yīng)用，文中在金紅石TiO2陣列薄膜的基礎(chǔ)上制備Co摻雜的金紅石TiO2陣列薄膜，并討論Co摻雜量對金紅石TiO2陣列薄膜性能的影響。通過分析確定Co摻雜入金紅石TiO2晶格內(nèi)部，并且以Co