TiO2納米管陣列的沉積改性與物性研究

內(nèi)容概要

　　《TiO2納米管陣列的沉積改性與物性研究》從有利于后續(xù)功能化改性的納米管陣列的制備出發(fā)，通過掌握CdS及CdSe在TiO2納米管內(nèi)的沉積機(jī)理，實(shí)現(xiàn)其在納米管內(nèi)的可控沉積。然后將特定功函的金屬沉積在CdSe／CdS／TiO2材料上。改性過程將窄帶半導(dǎo)體材料的可控沉積、改性成分長(zhǎng)效保護(hù)、異質(zhì)結(jié)／Schottky結(jié)等多重技術(shù)結(jié)合起來，探求TiO2納米管陣列改性材料的性能與各相關(guān)參數(shù)的關(guān)系及其電荷傳輸機(jī)制，將為納米TiO2光催化劑、光電轉(zhuǎn)換器件等的發(fā)展開辟一個(gè)新的方向，為設(shè)計(jì)和制備具有良好光電轉(zhuǎn)換性能、光催化性能的器件和新型功能薄膜提供依據(jù)。

作者簡(jiǎn)介

　　吳玉程，男，1962年出生，中國(guó)科學(xué)院理學(xué)博士，合肥工業(yè)大學(xué)副校長(zhǎng)，材料學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師，主要研究方向：納米材料與功能復(fù)合材料；材料表面與涂層技術(shù)。擔(dān)任教育部金屬材料工程和冶金工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員，中國(guó)儀表材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)超微顆粒委員會(huì)理事等。近年來指導(dǎo)博士后4人、博士研究生12人、碩士研究生20多人，先后主持了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家留學(xué)回國(guó)人員啟動(dòng)基金、教育部博士點(diǎn)基金、國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品研究計(jì)劃和安徽省重大科技攻關(guān)等20多項(xiàng)項(xiàng)目研究，獲得安徽省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國(guó)機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)和安徽省高校科技獎(jiǎng)等，獲得授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)，發(fā)表論文100多篇，其中被SCI、EI收錄60多篇。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 引言1.2 高度有序的TiO2納米管陣列薄膜的應(yīng)用1.2.1 光電解水制氫1.2.2 光催化1.2.3 太陽能電池1.2.4 傳感器1.2.5 儲(chǔ)氫1.2.6 生物醫(yī)學(xué)1.2.7 其他1.3 高度有序的TiO2納米管陣列薄膜的制備1.3.1 模板法1.3.1.1 以氧化鋁為模板1.3.1.2 以納米線為模板1.3.2 陽極氧化法1.3.2.1 TiO2納米管陣列的形成機(jī)理1.3.2.2 制備參數(shù)對(duì)TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)及性能的影響1.4 高度有序的TiO2納米管陣列薄膜的改性1.4.1 染料敏化1.4.2 離子摻雜1.4.2.1 非金屬離子摻雜1.4.2.2 金屬離子摻雜1.4.3 金屬沉積1.4.4 窄帶半導(dǎo)體改性1.4.4.1 CuO／Cu2O改性1.4.4.2 Fe2O3改性1.4.4.3 CdX（X=S、Se、Te）改性1.5 本文研究?jī)?nèi)容和意義第2章 陽極氧化電流密度對(duì)Ti02納米管陣列形貌的影響2.1 引言2.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、試劑及儀器2.2.2 實(shí)驗(yàn)過程和技術(shù)路線2.2.2.1 TiO2納米管陣列膜的制備2.2.2.2 TiO2納米管陣列表征2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析2.3.1 陽極氧電流密度對(duì)TiO2納米管陣列形貌的影響2.3.2 TiO2納米管陣列的XRD分析2.4 本章小結(jié)第3章 CdS、CdSe在TiO2納米管內(nèi)的沉積機(jī)理與物性3.1 引言3.2 實(shí)驗(yàn)材料與方法3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料、試劑及儀器3.2.2 實(shí)驗(yàn)過程和技術(shù)路線3.2.2.1 CdS在Ti02納米管內(nèi)沉積改性3.2.2.2 CdSe在TiO2納米管內(nèi)沉積改性3.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析3.3.1 CdS在TiO2納米管內(nèi)沉積改性3.3.1.1 浸漬時(shí)間對(duì)CdS形貌的影響3.3.1.2 先期導(dǎo)入離子濃度對(duì)CdS形貌的影響3.3.1.3 離子導(dǎo)入順序?qū)dS形貌的影響3.3.1.4 洗滌對(duì)CdS形貌的影響3.3.1.5 CdS形貌對(duì)改性納米陣列的光學(xué)性能的影響3.3.1.6 CdS形貌對(duì)改性納米陣列的光電性能的影響3.3.2 CdSe在TiO2納米管內(nèi)沉積改性及其性能3.3.2.1 Se2-溶液中浸漬時(shí)間對(duì)CdSe形貌的影響3.3.2.2 CdSe改性納米管陣列的光學(xué)性能3.3.2.3 CdSe改性納米陣列的光電性能3.4本章 小結(jié)第4章 Cds-CdSe在TiO2納米管內(nèi)可控共沉積及物性4.1 引言4.2 Cdse／CdS／TiO2納米復(fù)合功能材料的構(gòu)筑4.2.1 合成工藝4.2.2 參數(shù)控制4.3 材料表征與性能檢測(cè)4.3.1 改性材料微結(jié)構(gòu)4.3.2 改性材料的光學(xué)性能4.3.3 改性材料的光電性能4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.4.1 改性材料微結(jié)構(gòu)4.4.1.1 CdS改性前后納米管陣列的微觀結(jié)構(gòu)4.4.1.2 CdSe改性后的CdS／TiO2納米管微觀結(jié)構(gòu)4.4.2 改性材料的光學(xué)性能4.4.2.1 改性材料的UV-vis光譜分析4.4.2.2 改性材料的光學(xué)能帶隙4.4.3 改性材料的光電性能4.4.3.1 改性材料的I-V曲線4.4.3.2 改性材料的最大光電流與沉積層厚度的關(guān)系4.4.3.3 改性材料的最大光電流與改性材料內(nèi)徑的關(guān)系4.5 本章小結(jié)第5章 Pt在cdse／CdS／TiO2復(fù)合材料上的沉積及物性5.1 引言5.2 Pt改性復(fù)合材料制備工藝5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料5.2.2 Pt-TiO2復(fù)合材料中Pt含量的設(shè)計(jì)5.2.2.1 沉積電壓、時(shí)間對(duì)沉積過程的影響5.2.2.2 Pt-TiO2體系中Pt含量的控制5.2.2.3材料結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試5.2.3 Pt-CdSe／CdS／TiO2復(fù)合材料的制備5.2.3.1 參數(shù)控制5.2.3.2 材料結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論5.3.1 沉積電壓、時(shí)間對(duì)Pt-TiO2納米管陣列性能的影響5.3.1.1 Pt-TiO2納米管陣列的微觀結(jié)構(gòu)5.3.1.2 Pt-TiO2納米管陣列的光學(xué)性能5.3.1.3 Pt-TiO2納米管陣列的光電性能5.3.1.4 不同負(fù)載方式對(duì)Pt-TiO2納米陣列性能的影響5.3.2 Pt-CdSe／CdS／TiO2納米管陣列的表征5.3.2.1 Pt-CdSe／CdS／TiO2材料的微觀結(jié)構(gòu)5.3.2.2 Pt-CdSe／CdS／TiO2材料的光學(xué)性能5.4 本章小結(jié)第6章 總結(jié)與展望6.1 總結(jié)6.2 創(chuàng)新之處6.3 工作展望參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　通過調(diào)節(jié)Cd2+的濃度，先后實(shí)現(xiàn)了CdS和CdSe納米材料在Ti02納米管內(nèi)的可控沉積，從而獲得了各組分厚度漸變的CdSe-CdS-TiO2體系；在納米維度空間內(nèi)實(shí)施沉積時(shí)，離子從管外遷移至管內(nèi)的過程可能成了沉積的控制步驟。CdSe/CdS/TiO2體系在紫外到可見光區(qū)的吸收強(qiáng)度隨沉積量的增加而增強(qiáng)，光學(xué)能帶隙也隨沉積量的增加而稍微下降。其光電性能與CdSe層及CdS層的量、納米管陣列的內(nèi)徑相關(guān)?！　?duì)于TiO2復(fù)合功能材料而言，改性材料的特性及改性材料與TiO2接觸的緊密程度不僅決定著TiO2復(fù)合功能材料的性能，也決定著改性材料本身的化學(xué)穩(wěn)定性--這一點(diǎn)對(duì)具有光腐蝕特點(diǎn)的材料顯得尤為重要。CdS和CdSe具有窄的能帶隙和大的電荷傳輸速率，當(dāng)以CdS或者CdSe對(duì)T1O2納米管陣列進(jìn)行改性時(shí)，由于能帶低的半導(dǎo)體材料的引入和異質(zhì)結(jié)的形成，使得二者的費(fèi)米能級(jí)將在接觸界面處發(fā)生彎曲，此時(shí)CdS或者CdSe中的光生載流子就易于注入TiO2納米管內(nèi)部。因此，經(jīng)過CdS或者CdSe改性的Ti02納米管陣列膜具有更高的光量子產(chǎn)率、更優(yōu)異的光生電子一空穴對(duì)分離能力及光催化性能。　　然而，當(dāng)單獨(dú)以CdS或者CdSe對(duì)Ti02納米管陣列膜實(shí)施改性時(shí)，則具有很大的局限性。當(dāng)僅僅以CdS對(duì)Ti02納米管陣列進(jìn)行改性時(shí)，雖然其光吸收強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，且光吸收范圍能夠被有效地拓展到可見光區(qū)，但是其光電轉(zhuǎn)換效率最高也僅僅在4%左右。　　……

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