TiO-,2-納米管陣列的改性與光電性能研究.pdf

1、針對目前日益嚴峻的環(huán)境污染以及能源短缺問題,二氧化鈦納米管陣列(TiO2NT)由于其催化能力強、化學性質穩(wěn)定以及無毒等特性而吸引研究人員的廣泛關注。然而,TiO2禁帶寬度為3.2 eV,根據理論計算僅能吸收太陽光中5％的紫外光,這限制了TiO2納米管的進一步應用。在降解時,TiO2作為光催化劑所產生的光生載流子會發(fā)生部分的復合,影響其光催化降解速率。為了克服上述缺點,研究者采用了許多的方法對TiO2進行改性,其中包括非金屬摻雜、貴金屬沉

2、積、窄帶半導體復合等。
　　 本文通過簡單的化學氣相沉積法,制備碳納米棒/TiO2納米管復合電極,拓寬了TiO2的吸光范圍,提高了TiO2納米管的光生載流子的傳輸速度,進而提高了其光電性能。為了進一步探討復合二元半導體的光電性能,首次研究PbS敏化的TiO2納米管陣列光電極。為了開發(fā)TiO2在電化學中的應用,制備Pt/CNT/TiO2復合電極,研究其作為高效綠色新能源電極材料的應用。具體內容如下:
　　 (1)碳納米棒/

3、TiO2納米管復合光電極的制備、表征和光電催化性能研究:應用陽極氧化法制得管徑90 nm,長300 nm的TiO2納米管陣列為基底,以聚乙烯醇為碳源,尿素為氮源,利用化學氣相沉積法,制備了碳氮摻雜和碳納米棒修飾的TiO2納米管陣列。該材料的比表面積大、吸附能力強、導電性能好；同時,由于碳納米棒與TiO2構成了異質結構,可有效傳輸光生載流子,降低光生電子和空穴的復合機率。結果表明,碳納米棒/TiO2納米管復合光電極的光電性能是未修飾的Ti

4、O2納米管陣列的3倍；在甲基橙的催化降解實驗中,也表現(xiàn)了更好的光催化性能,是未修飾的TiO2納米管陣列的2倍。
　　 (2)PbS敏化TiO2納米管陣列光電極的制備與其在光電催化性能方面的研究。采用兩種方法制備PbS敏化TiO2納米管陣列光電極:第一種方法是連續(xù)離子層吸附反應法(SILAR),該法制備的PbS顆粒尺寸較小,在光電測試中光生電流達到11.02 mA,不足之處就是耗時間,而且不易控制修飾的量。第二種方法是應用恒電壓沉

5、積法,該方法簡單,易于實驗操作,制備的.PbS顆粒較大。在光電測試中,光生電流減弱到6.02 mA。相比純的TiO2,復合材料PbS/TiO2在催化降解甲基橙(MO)實驗中,表現(xiàn)出更高的光催化性能。
　　 (3)Pt/CNT/TiO2納米管復合電極的制備和其在電化學中的應用研究:以300nm長的TiO2納米管陣列為基底,聚乙二醇6000為碳源,鎳為碳的催化劑,使無序的碳納米管(CNT)生長在TiO2納米管陣列的表面,呈現(xiàn)出多孔網