论文部分内容阅读
通过分步法制备了Zn负载TiO2纳米管阵列复合电极。首先通过阳极氧化法制备TiO2纳米管阵列,通过循环伏安法测试Zn2+在TiO2纳米管电极上的还原电压范围。然后通过计时电流法将金属Zn沉积到TiO2纳米管上。该方法能灵敏地控制沉积时间和沉积电压,严格控制金属Zn沉积在TiO2纳米管上的形貌和数量。研究了沉积电压、沉积时间、电解液浓度、添加支持电解液KCl对负载金属Zn形貌的影响。结合SEM观测结果和计时电流实时记录分析得出,在相同沉积条件下,随着电压从-1.25V增加到-2V,金属Zn沉积的量增多,颗粒变大。当沉积电压为2V时,金属Zn出现择优取向生长,形成正六方体结构;随着沉积时间从3s延长到10s,金属Zn的颗粒从15nm生长到1um;电解液浓度增加,沉积的金属Zn增多;添加支持电解液KCl,沉积的金属Zn增多、长大,择优取向生长成正六方体状,且晶粒尺寸分布均匀。通过XRD分析制备出的Zn-TiO2复合电极。分析结果表明金属Zn成功的负载到TiO2纳米管上,其晶粒大小约为0.82nm。对金属Zn负载前后及不同负载时间的Zn-TiO2复合电极的光电特性研究发现,金属Zn负载后的TiO2纳米管的吸收光谱发生红移。未负载金属的TiO2纳米管的吸收峰位置分别在400nm、455nm、600nm,负载金属Zn后吸收峰位置分别在420nm、505nm、663nm。在487–780nm范围内,Zn-TiO2复合电极在可见光范围内的吸光强度明显高于未负载TiO2纳米管。沉积时间为5s的Zn-TiO2复合电极的平带电位最负,为-1.9203V。沉积时间为3s的Zn-TiO2复合电极的载流子浓度最大,为14.14692887×1020cm-3。因为平带电位和载流子浓度对半导体的光电响应都有影响,发现沉积时间为5s的Zn负载TiO2纳米管的光电响应最强,为3.80×10-5 A。对金属Zn负载前后及不同负载时间的Zn-TiO2复合电极的光电催化降解亚甲基蓝研究发现,负载金属Zn能够提高TiO2纳米管的光电催化效率,且有一个最佳沉积时间。沉积时间为5s的Zn-TiO2复合电极的光电催化效率最高,在外加偏下为0.6V的条件下,对亚甲基蓝光电催化14h,降解效率约为86.2%。这是由于一方面负载金属Zn后的样品平带电位负移,增大了TiO2的费米能级,从而降低了TiO2的能带宽度,因而对光的吸收效率增大,利于产生更多的光生电子;另一方面负载金属Zn对半导体的载流子浓度有影响,从而影响其光电催化活性。不同偏压对光电催化降解亚甲基蓝影响研究发现,外加偏压越大,样品光电催化降解效率越高。外加偏压有助于导出光电催化体系中产生的光生电子,有效克服光生电子-空穴的简单复合,增加空穴与亚甲基蓝的反应机会。实验还发现,Zn-TiO2复合电极具有较好的稳定性。