高結(jié)晶度一維納米二氧化鈦的制備和修飾及光電性質(zhì)研究.pdf

1、二氧化鈦（TiO2）納米材料由于具有獨(dú)特的物理、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性質(zhì)已引起了人們的廣泛研究和關(guān)注。在光電器件、光催化降解有機(jī)污染物和傳感器等方面，TiO2 也具有潛在應(yīng)用的前景。因此，尋求價(jià)格低廉和方法簡(jiǎn)單的一維TiO2納米材料制備方法及其光電性能的提高，具有重要理論意義和價(jià)值。目前，對(duì)于用濕法制備法合成二氧化鈦納米材料的報(bào)導(dǎo)已有很多，但是由于鈦的高熔點(diǎn)（1668℃）和低氣壓（10?3 Torr 在1577℃）的特性，所以很難實(shí)現(xiàn)用干法

2、制備法在常壓和低溫下合成一維TiO2 納米材料。本文采用干法與濕法制備相結(jié)合的工藝，研究了一種簡(jiǎn)單、低成本的制備高結(jié)晶度一維TiO2 納米材料的方法，這種方法突破了傳統(tǒng)用干法制備法合成TiO2 納米材料的高溫和高真空條件。本文還進(jìn)一步展開(kāi)了對(duì)其形貌、結(jié)構(gòu)、生長(zhǎng)機(jī)理、光電性質(zhì)和表面改性的系統(tǒng)研究。所取得的主要結(jié)果如下：
　　 （1）利用溶膠-凝膠法、陽(yáng)極氧化法和水熱法制備三種不同形貌的TiO2 納米材料，研究了其形貌和性能的差異。

3、用這三種方法所制備得到的TiO2 納米材料都具有金紅石相的結(jié)構(gòu)。用溶膠-凝膠法獲得的是TiO2 球狀結(jié)構(gòu)，而用陽(yáng)極氧化法得到的是TiO2 納米管狀粉末，這兩種結(jié)構(gòu)在正電場(chǎng)的作用下都表現(xiàn)出了明顯的光伏響應(yīng)特性。然而，用水熱法制得的TiO2 花狀結(jié)構(gòu)的薄膜，即使在電場(chǎng)的作用下也沒(méi)有光伏響應(yīng)特性。
　　 （2）研究了利用陽(yáng)極氧化法在鈦片和FTO 導(dǎo)電玻璃基底（透明導(dǎo)電基底上）上制備了TiO2 納米管陣列。發(fā)現(xiàn)基底上鈦源的厚度及電解液的

4、成分是主要決定納米管長(zhǎng)度的關(guān)鍵因素。在透明導(dǎo)電基底上，TiO2 納米管陣列的長(zhǎng)度最長(zhǎng)只有300 nm左右。而在鈦片基底上TiO2 納米管的長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)幾十微米。所制備的非晶態(tài)TiO2納米管陣列，在700℃以下進(jìn)行熱退火后主要是晶化成銳鈦礦相結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱退火溫度超過(guò)700℃時(shí)，則會(huì)完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t石相結(jié)構(gòu)。
　　 （3）在用陽(yáng)極氧化法制備了TiO2 納米管陣列的基礎(chǔ)上，于常壓、低溫下在陽(yáng)極氧化后的鈦基底或未經(jīng)處理的鈦片負(fù)載Pd 顆粒催

5、化劑，然后在（480-780℃）進(jìn)行加熱退火處理，得到了高結(jié)晶度的一維TiO2 納米結(jié)構(gòu)如納米線、納米帶等。Pd 顆粒的催化作用是降低生長(zhǎng)溫度和控制納米結(jié)構(gòu)形貌的主要因素。高結(jié)晶度一維TiO2 納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)機(jī)制符合氣-液-固和氣-固生長(zhǎng)模式。
　　 （4）用化學(xué)浴沉積（CBD）的方法在TiO2 納米線上敏化CdS量子點(diǎn)，形成TiO2/CdS 半導(dǎo)體復(fù)合結(jié)構(gòu)。CdS量子點(diǎn)的大小約為3 nm，具有面心立方結(jié)構(gòu)并與TiO2 納米線緊

6、密的接觸，在TiO2 納米線上敏化CdS的量可通過(guò)改變CBD 循環(huán)次數(shù)進(jìn)行控制。表面光伏特性的測(cè)試結(jié)果表明這種復(fù)合結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了光伏響應(yīng)強(qiáng)度，而且也拓寬了其光伏響應(yīng)帶，達(dá)到了敏化TiO2 納米線的目的，這對(duì)于提高染料敏化TiO2 納米材料在太陽(yáng)能電池組件的性能具有重要的意義。
　　 （5）利用光催化還原Ag+的方法在TiO2 納米線上沉積Ag 納米顆粒，并研究了該復(fù)合結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)不同的Ag 沉積量會(huì)使TiO2 納米線的拉