TiO2納米管陣列的沉積改性與物性研究.pdf

1、由于在半導體光電解水制氫、傳感器、染料敏化電池、光催化還原CO2制碳氫燃料、光催化降解有機污染物及儲氫等方面有極大的潛在應用，高度有序的TiO2納米管陣列薄膜已經(jīng)引起了國內(nèi)外極大關注。然而，TiO2納米管陣列自身的不足決定了只有對它實施功能化改性才能夠?qū)崿F(xiàn)其效用的最大化。獲得具有預期結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列是改性的前提；選擇合適的材料對納米管陣列實施改性，是實現(xiàn)TiO2納米管陣列效用最大化的基礎；對改性材料實施可控沉積，是提升性能的關鍵

2、。
　　 本文通過探索陽極氧化電流密度與納米管陣列形貌的關系，制備了具有預期結(jié)構(gòu)的TiO2納米管陣列；通過把握CdS及CdSe在TiO2納米管內(nèi)的沉積機理，分別實現(xiàn)了CdS、CdSe及（CdS+CdSe）在納米管內(nèi)的可控沉積；通過探索沉積條件對Pt在TiO2納米管陣列上沉積效果的影響，實現(xiàn)了Pt對CdSe/CdS/TiO2體系的沉積改性。主要研究結(jié)果如下：
　　 1、制備TiO2納米管陣列時，電流密度過小，則所得到的膜厚

3、度小、有序度低、管狀結(jié)構(gòu)差；電流密度過大時，雖然膜的厚度更大些，但納米管狀結(jié)構(gòu)凌亂、有序性下降。當電流密度為～30.0 mA/cm2時，所制備的TiO2納米管陣列有序度更高、管壁厚度均勻、膜厚度大。
　　 2、以化學沉積的方式將CdS、CdSe沉積在TiO2納米管內(nèi)時，Cd2+濃度不同，則CdS與CdSe在納米管內(nèi)的沉積機理不同：當濃度小的時候，TiO2納米管壁上的晶格缺陷將誘導異相成核反應發(fā)生，生成的晶核通過與管壁接觸來降低成

4、核界面能，因此形成的CdS和CdSe附著在納米管壁上，沉積材料生長的方向指向納米管中央；當濃度大的時候，瞬時生成的、大量的晶核縮短了晶核間距，導致了更多有效碰撞，因而晶核極易團聚長大并在重力的作用下沉降，沉積材料生長的方向指向納米管壁和管口。沉積機理的把握為在納米級空間內(nèi)進行材料可控構(gòu)筑提供了很好的實驗依據(jù)。
　　 3、對于以CdS和CdSe改性的TiO2納米管陣列而言，改性體系在紫外光區(qū)到可見光區(qū)的光吸收隨著CdS、CdSe在

5、TiO2納米管內(nèi)沉積的量的增加而顯著增強，體系的光學能帶隙逐漸下降；體系的光電性能隨著沉積的CdS、CdSe的量先增加然后下降，即改性材料的光電性能不僅依賴于體系產(chǎn)生的電子—空穴對的數(shù)量，也依賴于光生電子—空穴對及時、有效地分離和導出。
　　 4、對TiO2納米管實施CdS-CdSe共沉積改性時發(fā)現(xiàn)，在納米級的空間內(nèi)發(fā)生的反應有別于傳統(tǒng)器皿中的反應，此時離子從納米管外向納米管內(nèi)遷移的過程成了反應的控制步驟。共改性體系的光電流隨著

6、CdS和CdSe層厚度的增加先增強，然后下降——從改性體系的內(nèi)徑上說，當其內(nèi)徑為25～40 nm 時，其光電性能最好。這一結(jié)果也進一步說明TiO2納米管改性體系的光電性能不僅由光生載流子的數(shù)量決定，光生載流子的有效導出也是決定其光電性能的重要因素：若光生載流子能夠被有效導出則性能更好，如果改性材料與液體介質(zhì)的接觸面積太小而不利于光生載流子的導出時，雖然光生載流子數(shù)量增加，其光電流也將下降。
　　 5、以Pt為沉積金屬，通過電化學