CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜的制備、表征及其光電性能研究.pdf

1、隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染和能源危機日益嚴重，需要尋求高效低耗能的功能材料來解決這兩大問題。TiO2半導體作為一種高效、無毒的光催化劑，具有穩(wěn)定的化學性能、良好的電子接收及傳導性能和優(yōu)良的生物相容性，在有效獲得太陽能和控制環(huán)境污染方面具有非常廣泛應(yīng)用前景。但是，TiO2是一種寬禁帶半導體，其銳鈦礦晶型的禁帶寬度為3.2eV，能吸收波長小于等于387nm的紫外光，僅占到達地面太陽光能量的4％，太陽光的利用率極低;同時光生電子-空穴對容

2、易復(fù)合，量子產(chǎn)率低，導致光催化活性降低。
　　 本文通過制備TiO2納米管陣列并與窄帶半導體耦合形成異質(zhì)結(jié)來解決TiO2半導體光催化劑對太陽能利用率低和光生電子-空穴對復(fù)合率高的問題。一方面能增大TiO2的比表面積，利于形成更多的異質(zhì)結(jié);另一方面TiO2與窄帶半導體耦合，既能使光響應(yīng)范圍拓展到可見光區(qū)域，又能快速轉(zhuǎn)移光生電子，抑制光生電子-空穴對的復(fù)合，從而提高其光催化活性。
　　 本文首先通過陽極氧化法制備TiO2納米

3、管陣列，然后采用電化學-循環(huán)伏安法在TiO2納米管陣列上沉積CdSe納米顆粒，制備出CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜。通過X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡等表征手段和漫反射紫外-可見光吸收性能測試、光電流性能測試等測試方法研究了在CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜制備過程中電解液濃度、pH值和熱處理溫度等參數(shù)對CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜的物相、形貌、光吸收性能以及光電性能的影響。
　　 XRD和SEM結(jié)果表明:通過陽

4、極氧化法在鈦基底上成功制備了管徑為100 nm，管長為800 nm，管壁薄且均勻的銳鈦礦TiO2納米管陣列;通過循環(huán)伏安法在TiO2納米管管內(nèi)和管口均勻沉積了20 nm的立方相CdSe納米顆粒且與TiO2納米管充分接觸。
　　 漫反射紫外-可見吸收光譜測試表明:在模擬可見光照射下，所制備的CdSe-TiO2納米管陣列薄膜比TiO2納米管陣列薄膜具有顯著增強的光吸收性能，使復(fù)合薄膜的光譜響應(yīng)范圍擴寬到整個可見光區(qū)域(400 nm-

5、800 nm)。不同參數(shù)下制備的CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜的光吸收性能不同，當電解液中SeO2為4mmol/L，pH值為3時制備的CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜經(jīng)350℃熱處理后的光吸收性能最好。
　　 光電性能測試表明:沉積了CdSe納米顆粒的TiO2納米管薄膜在可見光照射下產(chǎn)生了明顯增強的光電流密度。當電解液中SeO2濃度為4 mmol/L，pH值為3時制備的CdSe-TiO2納米管陣列復(fù)合薄膜在350℃熱處