TiO2基納米材料的制備及其光電催化性能的研究.pdf

1、能源危機和環境污染是當今社會發展面臨的嚴峻挑戰，氫能具有儲量豐富、高能量密度等優勢，被認為是理想綠色環保的可再生能源。采用光助電催化技術，以水為來源實現太陽能轉化為氫能成為當下的研究熱點，其中二氧化鈦半導體在該領域具有帶隙位置合適、穩定性高的優勢而備受關注。但是二氧化鈦帶隙較寬，電子-空穴的分離效率低，到目前為止，二氧化鈦的光電轉換效率仍很低。所以，制備寬光譜吸收（尤其是可見光）和具有良好的載流子分離性能的TiO2基復合材料成為有效利用

2、太陽能的關鍵所在。
　　針對以上問題，本論文通過摻雜、p-n結、半導體復合、構筑核殼結構等方法對一維二氧化鈦納米材料進行了改性和修飾，從不同程度上改善了這些材料在光電催化分解水中的活性。主要研究內容如下：
　?。?）應用一步電化學還原的方法成功合成了電化學還原石墨烯和Ti3+自摻雜共修飾二氧化鈦納米管?？疾炝瞬煌娀瘜W還原圈數所得復合薄膜的光電催化性能并得到了最佳制備條件。實驗結果表明，一步電化學還原處理可以同時引入電化學還

3、原石墨烯和Ti3+自摻雜，且在兩者的協同作用下不僅擴寬了光譜的吸收范圍，而且提高了材料的穩定性。
　?。?）利用碘化氧鉍的寬光譜吸收能力和特殊的p型半導體特性，應用電化學沉積技術合成了具有 p-n結性質的碘化氧鉍修飾二氧化鈦復合材料。實驗結果表明，碘化氧鉍有利于擴寬光吸收的范圍至可見光，同時可以有效的改善電子-空穴的分離。碘化氧鉍修飾二氧化鈦的光電流高達2.97 mA/cm2，IPCE值在500 nm高達30％。
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4、以氟摻雜氧化錫導電玻璃為基底，利用水熱法合成了 N/S i共摻雜單晶二氧化鈦納米棒，通過調整水熱反應參數得到了最大光電流。采用高效鈣鈦礦太陽能電池與 N/Si共摻雜單晶二氧化鈦納米棒并聯實現了無偏壓分解水，最終光-氫轉換效率值達1.1%，比純二氧化鈦集成器件高5.7倍。
　?。?）應用噴霧熱解技術合成了釩酸鉍納米顆粒包裹的二氧化鈦復合材料。形貌測試的結果表明，釩酸鉍包覆在二氧化鈦納米棒的表面和側面，形成了以釩酸鉍為殼層和二氧化鈦納