基于TiO2纳米管阵列的紫外探测光电性能的研究

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TiO2纳米管具有独特的列阵结构、较宽的禁带宽度、较高的光电活性等优点,在紫外光探测方面有广阔的应用前景,受到广泛的关注。为了进一步提高TiO2纳米管的光电性能,许多研究表明,对TiO2纳米管进行基团修饰,负载金属粒子等改性手段能有效改善TiO2表面电阻、光电化学等性质。本文通过循环伏安法进行酸处理实现TiO2纳米管表面羟基修饰,并通过脉冲电沉积法进行TiO2纳米管与锌纳米粒子的复合。本文利用SEM、XRD、XPS对酸处理羟基修饰改性TiO2纳米管电极的形貌,晶型结构,成分进行表征分析并探讨了羟基修饰机理。以紫外可见吸收谱和一系列电化学测试研究了不同盐酸浓度和酸种类对TiO2纳米管电极的紫外光电性能的影响。最后探讨了不同焙烧气氛,焙烧温度以及光照条件对锌纳米粒子负载TiO2纳米管形貌的影响。主要实验结果如下:①盐酸处理使TiO2纳米管电极表面的羟基含量增加,羟基的修饰作用使TiO2纳米管在可见光区吸收强度减弱,加强其紫外光选择吸收特性。②TiO2纳米管表面羟基含量增加能改变其表面费米能级,降低与电解液界面的接触势垒,有效增强光生电子空穴对的分离,降低光生电子空穴对的复合率,促进载流子从电极表面向电解液的迁移,从而使载流子的传输能力有效增强,水解电位显著降低,光电流响应强度明显提高,并导致K3[Fe(CN)6]的氧化和还原反应过程的由完全不可逆到准可逆进行演变。③用还原性较强的酸比用氧化性较强的酸来处理TiO2纳米管能更好的改变其表面费米能级,降低与电解液界面的接触势垒,增强电子的传输能力,增大光电流响应强度,促进载流子从电极表面向电解液的迁移。④氮气气氛焙烧、锐钛矿晶型和紫外光照射相比于空气气氛焙烧、金红石晶型和无光条件能更好的改善TiO2纳米管导电性能,使其表面电荷转移电阻变小,导致锌晶核的生长变慢,负载量变小,粒径变小。
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