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一维纳米SnO2/TiO2复合薄膜电极的制备及光电性能研究

2020-12-17阅读(589)

一维纳米SnO2/TiO2复合薄膜电极的制备及光电性能研究

论文摘要

近年来,由于对短波长发光器件的巨大市场需求,人们越来越关注于宽禁带半导体的研究,二氧化锡（Sn02）是一种典型的宽带隙（Eg =3.6eV,300K）的n型半导体材料,但是由于Sn02带隙比较宽,而导带位置较低,电子更难以激发,在此须选用带隙相对比较窄,而导带位置较高的半导体材料进行修饰。关于SnO2/TiO2复合体系已有报道,研究表明由于这两种半导体材料能级匹配,光生电子和空穴可以有效分离,复合几率减小,从而可以提高SnO2/TiO2复合体系的光电性能。但是研究者大多是以溶胶-凝胶法或气相沉淀法制备,这些制备方法存在制备成本高,制备条件苛刻、难以实用化的缺点。为了寻求更简便的制备方法,近年来已有报道采用静电纺丝的方法制备SnO2/TiO2复合体系,但大多是以Ti02为基底或采用混合前驱体液进行纺丝的方法制备SnO2/TiO2复合体系,而未见采用静电纺丝制备Sn02纳米线为基底再附着Ti02颗粒的文献报道。本课题采用溶胶-凝胶法制备一维Sn02纳米线,首先配制出具有一定粘度的前驱体液,采用静电纺丝技术成功地制备PVP/SnCl2·2H2O复合纤维,并对工艺条件进行了系统的研究,主要考察了PVP浓度、电压、接收板距离和前驱体液中无机物含量的影响,500℃煅烧5h后可得到一维SnO2纳米线,通过对前驱体液中SnCl2·2H2O浓度的调节制备了直径为90-180 nm的SnO2纳米线,再经TiCl4溶液水解处理制备得到了SnO2/TiO2薄膜电极。分别使用SEM和EDS对薄膜电极进行表征,并通过线性扫描伏安法和光电催化测试方法,分析研究了SnO2/TiO2纳米复合薄膜电极的光电化学性质。结果表明,当前驱体液中SnCl2·2H2O浓度为3wt%时,得到的SnO2纳米线制备的SnO2/TiO2复合薄膜电极的光电流密度达到最大；随后将其与TiO2、SnO2薄膜电极相比,SnO2/TiO2复合薄膜电极产生的光电流明显增大；复合薄膜电极对罗丹明B （RhB）的光电催化降解率在90 min后可达到95%,而TiO2仅为56%、SnO2为58%,同时结合SnO2与TiO2的能级理论,讨论了TiO2的附着有利于SnO2/TiO2复合薄膜电极光电性能提高的原理。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 半导体和纳米材料
  • 1.2 纳米半导体的特殊性质
  • 1.2.1 光学性质
  • 1.2.2 光催化特性
  • 1.2.3 光电转换特性
  • 1.2.4 电学特性
  • 1.3 纳米半导体的应用
  • 1.3.1 气敏性与传感器
  • 1.3.2 新型能源应用
  • 1.3.3 信息材料
  • 1.3.4 半导体光催化性
  • 1.3.5 纳米半导体材料的应用前景展望
  • 2纳米线的研究现状'>1.4 SnO2纳米线的研究现状
  • 2纳米线的性质与应用'>1.4.1 SnO2纳米线的性质与应用
  • 2纳米线的制备方法'>1.4.2 SnO2纳米线的制备方法
  • 1.5 静电纺丝技术
  • 1.5.1 静电纺技术的基本原理
  • 1.5.2 静电纺丝的影响因素
  • 1.5.3 静电纺丝技术的应用
  • 2/TiO2复合膜的研究现状'>1.6 SnO2/TiO2复合膜的研究现状
  • 1.7 本课题的研究内容和创新之处
  • 2纳米线的制备及表征'>第二章 SnO2纳米线的制备及表征
  • 2.1 实验试剂与仪器设备
  • 2.1.1 实验试剂
  • 2.1.2 实验仪器与设备
  • 2.2 实验方法
  • 2.2.1 前驱体液的配制
  • 2纳米线'>2.2.2 静电纺丝方法制备SnO2纳米线
  • 2.2.3 分析和表征
  • 2.3 结果与讨论
  • 2.3.1 PVP浓度对静电纺丝的影响
  • 2.3.2 外加电压对静电纺丝的影响
  • 2.3.3 接收板距离对静电纺丝的影响
  • 2纳米线的影响'>2.3.4 前驱体液中无机物含量对SnO2纳米线的影响
  • 2纳米线形成机理'>2.3.5 SnO2纳米线形成机理
  • 2.4 本章小结
  • 2/TiO2复合膜的制备及表征'>第三章 SnO2/TiO2复合膜的制备及表征
  • 3.1 实验试剂与仪器设备
  • 3.1.1 实验试剂
  • 3.1.2 实验仪器与设备
  • 2/TiO2复合膜的制备'>3.2 SnO2/TiO2复合膜的制备
  • 3.2.1 涂膜技术的筛选
  • 2/TiO2复合膜'>3.2.2 制备SnO2/TiO2复合膜
  • 3.2.3 分析和表征
  • 3.3 结果与讨论
  • 3.4 本章小结
  • 2/TiO2复合膜的光电性能研究'>第四章 SnO2/TiO2复合膜的光电性能研究
  • 4.1 实验试剂与仪器设备
  • 4.1.1 实验试剂
  • 4.1.2 实验仪器与设备
  • 4.2 实验方法
  • 4.3 结果与讨论
  • 2/TiO2膜电极光电性能研究'>4.3.1 不同直径SnO2/TiO2膜电极光电性能研究
  • 2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电性能对比研究'>4.3.2 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电性能对比研究
  • 4.4 本章小结
  • 2/TiO2复合膜的光电催化性能研究'>第五章 SnO2/TiO2复合膜的光电催化性能研究
  • 5.1 实验试剂与仪器设备
  • 5.1.1 实验试剂
  • 5.1.2 实验仪器与设备
  • 5.2 实验方法
  • 2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能研究'>5.3 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能研究
  • 5.3.1 外加偏压对复合电极光催化性能的影响
  • 2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能的比较'>5.3.2 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能的比较
  • 5.4 机理研究
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录
  • 作者和导师简介

    • 相关论文文献

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