球狀TiO2薄膜的制備、改性及光電化學性質研究.pdf

1、在眾多的半導體材料中，TiO2具有無毒、穩定、高催化活性和高折射率等優良特性。但由于其光生電子-空穴對的復合幾率較高，對太陽光能利用率低等缺點而嚴重阻礙了TiO2的工業化應用。本文以鈦酸四丁酯[Ti(OC4H9)4]、冰乙酸、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、尿素和硝酸鐵為原料，采用溶膠凝膠法和脈沖電沉積法制備了表面由球狀顆粒組成的TiO2薄膜、N-TiO2薄膜以及Fe修飾的N-TiO2薄膜(Fe/N-TiO2薄膜)。利用TG-DSC、XRD、

2、SEM、紫外可見吸收以及光電化學測試等檢測手段對制備出的各種TiO2薄膜進行了表征。主要研究結果如下：
　　 ⑴考察了PVP用量和熱處理溫度對TiO2薄膜電極形貌及光電化學性質的影響。當PVP為1g時，經500℃熱處理1h制備出由球形顆粒組成TiO2的薄膜，顆粒尺寸為100-200 nm。400℃時，薄膜球形顆粒尺寸達到250 nm左右，表面較光滑，隨著熱處理溫度的上升表面球形顆粒有變小的趨勢，并且顆粒表面也變得較粗糙。另外，光

3、電流隨熱處理溫度先上升后下降，在500℃時，光電流達到最大值。在施加偏壓為1.0 V(vs Ag/AgCl)，熱處理溫度為400℃、500℃和600℃時的光電流密度分別為0.23、0.42和0.31 mA/cm2。
　　 ⑵在上述基礎上，以尿素[CO(NH2)2]為氮源，成功實現TiO2薄膜電極的N摻雜。研究表明，N的引入對薄膜形貌沒有影響，當尿素含量為4％時，N-TiO2薄膜樣品的光響應范圍擴展到600 nm以上的可見光區，在