TiO2/FTO纳米管有序阵列光电极的制备、CdS修饰及其光学特性的研究

论文摘要

二氧化钛具有独特的湿敏、气敏、紫外光吸收、光电转化及光催化性能,在传感器、介电材料、自清洁材料、有机-无机太阳能电池、光催化降解污染物等领域有着广阔的应用前景。TiO2纳米管因其特殊的结构而表现出更加优异的性能。若将TiO2纳米管（或多孔）膜高质量地转移至透明导电基底FTO上,制备出多孔TiO2/FTO纳米薄膜,则其可直接作为光电极,以便在光电转换等领域得到更好的应用。本论文以“TiO2/FTO纳米管有序阵列光电极的制备、CdS修饰及其光学特性的研究”为题,主要述及以下几方面的研究工作:1.以金属钛片为基底（0.2 mm）,采用连续三步阳极氧化法,在含有NH4F的乙二醇溶液内,成功制备出大面积（18 mm×11 mm）自持多孔TiO2纳米管阵列膜（管长≤1.5μm）。通过进一步研究发现,该自持薄膜不仅具有较高的晶化程度、较高的透射率（4002500 nm）,而且不同的阳极电压对薄膜的透射强度及光学能隙（Eg）都有明显的调制作用。2.利用实验室配制的TiO2溶胶,成功将自持TiO2纳米管阵列膜转移粘结至FTO导电玻璃上,经退火处理后形成TiO2/FTO纳米管阵列膜光电极。3.采用序贯化学浴沉积方法,对TiO2/FTO纳米管阵列膜光电极做CdS纳米颗粒修饰。实验发现,经CdS纳米颗粒修饰的TiO2/FTO光电极,其帯隙宽度由原来的3.22 eV减小至2.43 eV,光吸收带边也由原来的380 nm红移至554 nm。研究表明,这种转移粘结法制备的TiO2/FTO半透明光电极经CdS纳米颗粒修饰后,具有很宽的光谱响应特性,这是光电转换应用研究所期待的。这项研究对基于TiO2纳米管阵列的光催化及光伏太阳电池的应用研究将是非常有益的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 序言
• 2 纳米材料的基本特性及其应用'>1.1 TiO₂纳米材料的基本特性及其应用
• 1.1.1 光催化特性
• 1.1.2 光电转换特性
• 1.1.3 湿敏特性
• 1.1.4 生物医学特性
• 1.1.5 其它特性及应用
• 2 纳米管阵列结构的制备方法'>1.2 TiO₂纳米管阵列结构的制备方法
• 1.2.1 模板合成法
• 1.2.2 水热法
• 1.2.3 阳极氧化法
• 1.3 本论文的选题目的和主要研究内容
• 参考文献
• 2纳米管阵列膜和 TiO₂/FTO 纳米阵列结构光电极的制备'>第二章 自持 TiO₂纳米管阵列膜和 TiO₂/FTO 纳米阵列结构光电极的制备
• 2 纳米管阵列膜的可控制备'>2.1 自持TiO₂纳米管阵列膜的可控制备
• 2 纳米管的机理'>2.1.1 阳极氧化工艺制备TiO₂纳米管的机理
• 2.1.2 实验过程
• 2/FTO 纳米管阵列结构光电极的制备工艺'>2.2 TiO₂/FTO 纳米管阵列结构光电极的制备工艺
• 2.3 样品形貌结构及其光学性能的研究
• 2.3.1 样品形貌结构与性能表征
• 2.3.2 结果与讨论
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 2'>第三章 CdS 纳米颗粒修饰的 TiO₂
• 2 纳米管阵列膜修饰的意义及研究现状'>3.1 TiO₂纳米管阵列膜修饰的意义及研究现状
• 2/FTO 光电极的工艺'>3.2 CdS 纳米颗粒修饰TiO₂/FTO 光电极的工艺
• 2/FTO 光电极结构形貌及光学能的研究'>3.3 CdS/TiO₂/FTO 光电极结构形貌及光学能的研究
• 3.3.1 样品形貌结构与性能表征
• 3.3.2 结构与讨论
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 总结与展望
• 附录： 攻读硕士期间发表和完成的研究论文及会议论文
• 致谢