偏壓控制Cu2O和Cu在TiO2表面的生長及其光電化學性質(zhì)研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)具有良好的光敏、氣敏、壓敏、化學穩(wěn)定性,高的折射率(銳鈦礦為2.5,金紅石為2.7)和介電常數(shù),優(yōu)越的太陽能轉(zhuǎn)換和光催化等性能,是太陽能電池、光子晶體、光催化、氣體傳感器、電致變色和自清潔材料等領域被廣泛研究的材料之一。但是TiO2材料的光生載流子的分離效率較低,同時對太陽光的可見光利用率較低,因而限制了其實際應用。本論文利用Cu2O和/或Cu顆粒以及Cu2O和/或Co-Pi顆粒修飾TiO2平整表面來提高TiO2樣品

2、的光電化學性質(zhì),同時研究了擔載顆粒在TiO2表面的生長特性及其微觀結(jié)構(gòu)和形貌等的變化。
　　(1)基于TiO2/Ti電極在含Cu2+溶液中的循環(huán)伏安圖,調(diào)節(jié)電化學沉積時的沉積電壓,我們在TiO2平整表面制備出Cu2O和/或Cu顆粒。通過掃描電鏡、X-射線衍射和X-射線光電子能譜表征,發(fā)現(xiàn)Cu2O和Cu有不同的生長機制:Cu2O顆粒在TiO2表面分散結(jié)晶,而Cu顆粒是在已生長的顆粒上成核,從而形成堆積顆粒結(jié)構(gòu)。這是由于在Cu2O/T

3、iO2界面和Cu/TiO2界面形成不同的能帶結(jié)構(gòu),使得電子的轉(zhuǎn)移方式不同。與純TiO2光陽極比較,可以觀察到Cu2O/TiO2和Cu/TiO2異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電流均有顯著增強。特別地,存在一個電壓區(qū)間使得Cu2O和Cu同時生長在TiO2表面,此時對應的光電流比較穩(wěn)定并且能達到最大。紫外-可見漫反射光譜、電化學阻抗譜和光電流-電壓特性曲線均顯示,Cu2O和Cu明顯有助于光的可見光吸收,同時Cu/TiO2在光電轉(zhuǎn)換過程中顯示更寬波段的可見光利用

4、率。此外,開路電壓的增加、電極/電解質(zhì)界面上載流子的快速遷移也增強了材料的光電化學性質(zhì)。
　　(2)用陽極氧化法在Ti基片上制備出TiO2薄膜,然后通過電化學沉積法將Co-Pi和Cu2O沉積在TiO2薄膜表面。通過掃描電鏡、X-射線衍射和光電化學性質(zhì)測試,發(fā)現(xiàn)TiO2薄膜表面先沉積Co-Pi能夠有效阻止Cu2O顆粒堆積,光電流顯著提高。而先沉積Cu2O,后沉積Co-Pi,則會使Cu2O還原為Cu,同時形貌發(fā)生改變。特別地,沉積30