PDF《光电论文范文TiO2纳米管阵列的制备及光电性能研究》

光电论文范文TiO2纳米管阵列的制备及光电性能研究 高有序的TiO2纳米管阵列薄膜是近年来纳米材料研究的热点之一.

这种材料与粉体纳米TiO2薄膜相比具有更大的表 面积和更强的吸附能力;

同时,由于TiO2纳米管结构所具有的有序阵列结构形式,可以提高光生电荷的传输寿命并 降低其复合几率. 摘要:用阳极氧化法制备出高度致密、有序的TiO2纳米管阵列.利用SEM和XRD表征分析纳米管阵列的形貌和结构, 并通过电化学瞬时光电流对TiO2纳米管阵列的光电化学特性进行了研究.实验结果表明:经过500℃退火后的TiO2为 掺杂有金红石相的锐钛矿的混晶结构.随着退火温度升高到600℃,金红石型的晶相比例增加.光电测试结果表明: 随着退火温度升高,瞬时光电流减小,同时阳极氧化时间影响TiO2纳米管阵列光电极的光电性能. 关键词:阳极氧化,纳米管,光电流 0引言 这种材料可以用于高灵敏度传感器、降解有机物、光解水制氢气、染料敏化太阳能电池等方面[1-3]此外,纳米管阵 列薄膜可形成排列整齐的有序的双通孔结构,因此还可以应用于微流体控制、分子过滤、药物输送及生物组织工程等 高技术领域. 2001年,Grimes等首次报道了以Ti为基体,利用电化学阳极氧化法在HF电解液中制备出均匀有序的TiO2纳米管阵列, 掀起了对TiO2纳米管阵列的研究热潮.但在TiO2纳米管阵列的性能、形成机理及应用等方面尚需开展深入的研究. 本实验采用阳极氧化法以氟化铵的乙二醇溶液为电解液,在钛片上制备了一层垂直导向、排列规则的高有序TiO2纳 米管阵列,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对TiO2纳米管阵列的形貌和结构进行了表征,并通过瞬态光电流谱详 细分析了此阵列电极的光电化学特性. 1实验部分 1.1TiO2纳米管制备实验选用工业高纯钛片(厚度0.5mm,纯度99.5%),裁成2cm*4cm.室温下,在0.3%氟化铵+2% 体积水的乙二醇电解质中,以处理过的钛片为阳极,不锈钢片为阴极,在60V直流稳压稳流电源下进行氧化.阳极氧 化时间分别为2h、4h、6h、8h、12h.样品干燥后置入马弗炉,以20℃/min升至500度,煅烧2h,自然冷却至室温,即 得到Ti基TiO2纳米管阵列电极. 1.2TiO2纳米管的表征和测试TiO2纳米管阵列的表面形貌、晶型和结构分别采用日本HitachiS-3000N型扫描电子显微镜 观察和D2PHASER型X射线衍射仪表征.光电化学性能测试是在带石英窗口的三电极体系中进行,TiO2纳米管阵列电 极作为工作电极,辅助电极为Pt电极,饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,文中所述电位均相对于此参比电极,0.5 mol L-1Na2SO4为支持电解质.采用德国Kronach公司的ZahnerZennium型电化学工作站测试,测试温度均为室温, 外照光源采用10W紫外光灯,光源与电极的距离保持5cm不变,TiO2纳米管阵列电极面积为1cm2. 2结果与讨论 2.1TiO2纳米管的SEM结果图1为TiO2纳米管阵列的表面和侧面的扫描电镜SEM照片.从图中可知,在Ti片表面上均匀 生长一层多孔的管装结阵列构氧化膜,且孔与孔相连,彼此独立,管内径长约为100nm,管壁约为10nm.阳极氧化方 法形成的纳米管膜层可分为3层,顶层是纳米管层,中间是TiO2阻挡层,底层是Ti基底层,实验结果表明:阳极氧化 时间是TiO2纳米管形成过程中的重要因素,但阳极氧化一段时间后纳米管的形貌和尺寸不再随阳极氧化的时间变化 而变化. 2.2TiO2纳米管的X射线衍射(XRD)分析图2为TiO2纳米管阵列未退火和经过不同温度退火处理后的XRD谱图,通过 XRD图可知,未经退火处理的TiO2纳米管阵列只呈现Ti的特征峰,无明显的晶态散射特征.500℃退火温度后,TiO2 纳米管开始出现锐钛矿相和金红石相的散射特征峰,说明在500℃温度处理后TiO2纳米管晶型结构开始由无定形转化 为锐钛矿相和金红石相的混晶结构,同时说明500℃退火温度下TiO2纳米管中少部分锐钛矿型转变为金红石相;