自支撐中空TiO2納米薄膜的制備與光電化學性能的研究.pdf

1、TiO2以其無毒、廉價、化學穩定性好、光催化活性高等優點成為一種非常有前景的光催化劑，在過去幾十年中受到廣泛關注的研究。在近幾年中，對于TiO2結構的設計和改進越來越受到人們關注，尤其是低維納米中空材料的制備與研究。零維的TiO2中空的微球結構，不僅具有更大的比表面積，同時中空的結構還會帶來一些獨特的性能，比如低密度、高表面滲透性等等。但是TiO2中空微球的制備工藝復雜，且在制備過程中由于多種因素常常導致微球結構被損壞，致使產率不高。在

2、應用過程中懸浮在溶液的微球還存在易團聚、不易分離，難以回收再利用等問題，這些問題嚴重制約著TiO2中空微球的應用。
　　針對上述問題，本論文采用膠體自組裝方法在Ti基底上制備了排布高度有序的單層聚苯乙烯(PS)微球模板，再通過液相沉積法直接在模板上沉積銳鈦礦相TiO2薄膜，最后通過煅燒的方法除去PS微球，得到TiO2中空微球陣列。這種制備工藝的優點在于:(1)膠體自組裝工藝得到整齊有序的模板。將模板固定在基底后，在實驗過程中不用每

3、一步都將微球離心分離出來再進行下一步，減少了工藝步驟;(2)液相沉積法可以直接得到銳鈦礦相的TiO2，避免了高溫相變對于微球結構的破壞，有利于得到完整的中空微球。本實驗煅燒的最高溫度僅為350℃。
　　通過SEM、FTIR、XRD等表征手段對TiO2中空微球陣列的形貌結構進行表征，結果表明，制得的TiO2中空微球陣列結構完整，排布高度有序，確為中空結構，其直徑為2μm，殼層為35 nm的銳鈦礦相TiO2薄膜。
　　采用瞬態光

4、電流、開路電位、線性伏安、電化學阻抗譜等測試手段對所制備的TiO2中空微球陣列的光電化學性能進行測試。結果表明所制備的TiO2中空微球陣列具有良好的光電響應特性。在無外加偏壓的條件下，其光電流能達到0.25 mA/cm2，光生電壓達到0.7 V，其光電轉換效率達到0.25％。這些性能都遠高于同樣液相沉積工藝制備的TiO2薄膜。這些結果都說明中空微球的結構更有利于光電轉化。根據所測得Nyquist圖和相應的等效電路模型，并結合半導體/溶液

5、界面理論，分析電極過程各單元常數。
　　采用PL譜對TiO2中空微球陣列進行測試，在372 nm存在發光峰，通過計算可以知道此峰來自于銳鈦礦相TiO2帶隙躍遷后復合。與TiO2薄膜相比較，在472 nm處出現低能隙新峰，這可能是犧牲模版的液相沉積法獲得的TiO2薄膜表面具有新的表面態。表面態參與躍遷使得TiO2中空微球響應光譜有所擴展。
　　本論文在零維TiO2中空微球的基礎上采用簡單的方法進一步制備一維TiO2納米管，并對