負(fù)載Cu2O型TiO2納米管的制備表征及其光電性能研究.pdf

1、隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,能源短缺和環(huán)境污染逐漸成為兩大世界性亟待解決的問題。許多科研單位和科研工作者都致力于這兩大世界性問題的解決。利用半導(dǎo)體材料來實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)化和廢水中有機(jī)物的降解成為近年來的研究熱點(diǎn)。到目前為止,TiO2因其無毒、價(jià)廉、化學(xué)穩(wěn)定性佳以及光催化活性高等優(yōu)點(diǎn)而成為研究最多的功能半導(dǎo)體材料之一。常規(guī)的顆粒狀TiO2因其在基底上的負(fù)載而使得有效的比表面積急劇減少,而且應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的光生電子和空穴對(duì)易于復(fù)合逐漸成為限制其應(yīng)

2、用的關(guān)鍵性因素。此外,由于TiO2禁帶寬帶較寬(銳鈦礦約為3.2eV,金紅石約為3.0 eV),這使得TiO2僅能吸收利用只占太陽光譜約3～4％的紫外光。因而,關(guān)于新形貌TiO2的制備和對(duì)TiO2的可見光改性,從而提高其對(duì)太陽能的利用率,成為目前關(guān)于TiO2這一重要的光催化型半導(dǎo)體研究領(lǐng)域的重點(diǎn)課題之一。
　　 本課題針對(duì)傳統(tǒng)顆粒狀TiO2的不足,提出了管狀TiO2納米材料的制備以及窄禁帶半導(dǎo)體對(duì)其可見光響應(yīng)復(fù)合改性的設(shè)想。本論

3、文首先采用陽極氧化法在金屬鈦基底上制備出了高度有序的TiO2納米管陣列薄膜,然后采用脈沖電流法在TiO2納米管陣列上沉積負(fù)載Cu2O,從而制備出了Cu2O-TiO2納米管陣列異質(zhì)結(jié)復(fù)合薄膜。借助場發(fā)射掃描電子顯微鏡(FESEM)、X射線衍射儀(XRD)、漫反射紫外-可見分光光度計(jì)(UV-Vis)以及光電流測試等表征和測試手段,詳細(xì)探討了Cu2O沉積過程中的電解液的攪拌方式(靜止、磁力攪拌和超聲攪拌)和脈沖沉積電流密度的大小(0.2mA/

4、cm2-1.5mA/cm2)等參數(shù)對(duì)復(fù)合薄膜形貌、物相以及光電性能的影響。
　　 由形貌分析和物相研究可知,所制備的TiO2納米管陣列高度有序、分布均勻,管徑約為100nm,管長約為400 nm,其上負(fù)載的Cu2O的形貌隨脈沖沉積電流增加的變化規(guī)律為不規(guī)則團(tuán)簇分叉枝狀,團(tuán)簇削角八面體狀,分散生長的削角八面體狀逐漸過渡到分散交替生長的完整八面體;磁力攪拌和超聲攪拌條件下Cu2O的生長規(guī)律轉(zhuǎn)變比靜止條件下有所滯后,但有利于獲得單一物