球狀TiO2薄膜的制備、改性及光電化學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、在眾多的半導(dǎo)體材料中，TiO2具有無(wú)毒、穩(wěn)定、高催化活性和高折射率等優(yōu)良特性。但由于其光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合幾率較高，對(duì)太陽(yáng)光能利用率低等缺點(diǎn)而嚴(yán)重阻礙了TiO2的工業(yè)化應(yīng)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(jiàn)吸收以及光電化學(xué)測(cè)試等檢測(cè)手段對(duì)制備出的各種TiO2薄膜進(jìn)行了表征。主要研究結(jié)果如下：
　　 ⑴考察了PVP用量和熱處理溫度對(duì)TiO2薄膜電極形貌及光電化學(xué)性質(zhì)的影響。當(dāng)PVP為1g時(shí)，經(jīng)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(shí)，薄膜球形顆粒尺寸達(dá)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(shì)，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(shí)，光電流達(dá)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(shí)的光電流密度分別為0.23、0.42和0.31 mA/cm2。
　　 ⑵在上述基礎(chǔ)上，以尿素[CO(NH2)2]為氮源，成功實(shí)現(xiàn)TiO2薄膜電極的N摻雜。研究表明，N的引入對(duì)薄膜形貌沒(méi)有影響，當(dāng)尿素含量為4％時(shí)，N-TiO2薄膜樣品的光響應(yīng)范圍擴(kuò)展到600 nm以上的可見(jiàn)光區(qū)，在