微納多孔表面結(jié)構(gòu)TiO2薄膜電極的制備及性能研究.pdf

1、近年來，二維無機納米材料的制備受到了很大關(guān)注。而TiO2作為典型的n型半導(dǎo)體材料，由于性質(zhì)穩(wěn)定，光照下活性高，能有效吸收紫外光等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于化工、化妝品、涂料、防腐、發(fā)光、催化劑和太陽能電池方面。隨著尺寸的減小，由于顯著的表面效應(yīng)和量子效應(yīng)，TiO2納米薄膜呈現(xiàn)出與塊體、粉末材料截然不同的特異性質(zhì)，尤其對其光化學、光電學性質(zhì)具有重要影響。
　　合成高比表面積的TiO2納米薄膜的方法主要分為液相法、氣相沉積法、直接氧化法和模板法

2、。其中，模板法包括采用有機微球模板，在其緊密堆積的微球孔洞中間填充TiO2。PS微球模板作為一種常用的有機模板，具有微球堆積密度高，近似長程有序，制備簡便，成膜后孔徑分布均勻等特點，同時可根據(jù)微球大小調(diào)節(jié)孔洞尺寸。
　　本研究主要分為兩個方面：探索制備粒徑可控的PS微球的方法和探索以PS模板法制備的具有更高光利用率的多孔TiO2薄膜的孔徑范圍。
　　一、采用低皂乳液聚合法及分散聚合法制備粒徑可控的PS微球。產(chǎn)物以SEM電鏡圖

3、片中的60個微球為單位，確定平均粒徑。低皂乳液聚合中，隨著引發(fā)劑用量的降低，所得的PS微球粒徑逐漸增大，但微球粒徑的分布逐漸變寬，適宜制備粒徑在100nm至400nm間的微球。分散聚合可制備出粒徑位于600nm-1000nm之間的PS微球。隨著單體用量的增加，微球粒徑逐漸增大，但粒徑分布先變窄后變寬；引發(fā)劑用量的增加會增大產(chǎn)物的粒徑，并使其分布變寬；分散劑用量的增加會使產(chǎn)物粒徑發(fā)生明顯的下降，并導(dǎo)致粒徑分布先變窄后變寬；反應(yīng)介質(zhì)中水含量

4、的增加會顯著降低產(chǎn)物的粒徑，并使粒徑分布范圍變寬；攪拌速率只對產(chǎn)物粒徑有較明顯的影響，而對粒徑分布影響不大。
　　二、對低皂乳液聚合及分散聚合制備的微球分別以浸漬提拉和旋涂的方法制備PS模板。通過SEM分析，所得模板堆積程度較高，連續(xù)范圍廣。
　　三、通過模板在TiO2前驅(qū)體溶膠中的浸漬提拉制備 TiO2薄膜。分別采用XRD，SEM，紫外可見光譜，光催化，電化學等測試手段對其物相、形貌及光、電性能進行分析。結(jié)果表明：由模板法

5、制備的TiO2純度高，但結(jié)晶程度稍差；薄膜表面存在明顯的連續(xù)的孔洞，薄膜存在一定程度的開裂；多孔膜的吸光度要明顯高于致密膜，且吸光度隨孔徑變化呈先增后減的趨勢，這與薄膜上表面類似光學黑體的表面結(jié)構(gòu)相關(guān)；光降解實驗表明多孔膜的催化性能明顯優(yōu)于致密膜；采用三電極體系下的瞬態(tài)光電流/開路電壓測試表明：多孔電極的穩(wěn)態(tài)光電流的衰減幅度及衰減速率均隨薄膜孔徑大小呈現(xiàn)先增后減的趨勢；開路電壓均較為穩(wěn)定；交流阻抗測試表明：在暗條件及光照條件下，電極的阻