tio2基复合半导体纳米材料的制备及光谱特性研究

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1、硕士学位论文TiO2基复合半导体纳米材料的制备及光谱特性研究PREPARATIONANDSPECTRALPROPERTIESOFTIO2-BASEDNANO-COMPOSITESYSTEM庞俊琪哈尔滨工业大学20015年6月国内图书分类号：O439学校代码：10213国际图书分类号：535密级：公开理学硕士学位论文TiO2基复合半导体纳米材料的制备及光谱特性研究硕士研究生：庞俊琪导师：王强教授申请学位：理学硕士学科：光学所在单位：理学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O439U.D.C:535Dissertationfort

2、heMasterDegreeinSciencePREPARATIONANDSPECTRALPROPERTIESOFTIO2-BASEDNANO-COMPOSITESYSTEMCandidate：PangjunqiSupervisor：Prof.WangQiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：OpticsAffiliation：SchoolofScienceDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechno

3、logy哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要由于化学性质稳定、无毒、低成本和卓越的物理化学性质，二氧化钛（TiO2）已经被广泛应用在许多领域，如环境保护、气体传感、能量存储和能量转换领域。TiO2的带隙宽度为3.2eV，位于紫外电磁光谱附近，故只有3%–5%的太阳光可以激发它产生光生电子空穴对，极大的限制了其在可见光光催化和光电转换中的应用。研究表明，通过掺杂改性可以使光催化剂的光谱响应范围向长波方向移动，增强其光催化活性。本文主要介绍了TiO2基纳米异质复合结构如TiO2/Au、TiO2/Au/P-型半导体的制备方法，并对其表面形貌、分子结构、原子价态及光电性能进行表征分析。

4、主要内容如下：（1）简述了纳米材料以及TiO2纳米半导体材料的特性、应用以及在国内外的研究进展；系统地阐述了TiO2基光催化剂的光催化机理，介绍了TiO2纳米光催化剂的光学特性和改性方法。（2）利用磁控溅射与电化学方法制备了高度有序、表面平整的TiO2纳米阵列薄膜，并制备了基底不同、沉积不同p型半导体、不同贵金属担载量的TiO2/Au/p型半导体复合半导体纳米材料。以可见光照射下的亚甲基蓝的脱色率作为参考，测试了该结构的光催化速率。数据表明，以硅锥为基底的样品TiO2/Au(20s)/Cu2O的可见光光催化活性最高；经过可见光照射360min后，该结构对亚甲基蓝溶液的脱色率达

5、到了44%。（3）通过场发射扫描电镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱对样品进行表征分析，获得了较高催化效率的纳米复合结构。并在此基础上，以硅锥为基底，制备了Au/TiO2纳米复合结构，测试了该结构的稳态、瞬态荧光光谱，分析了Au/TiO2表面界面的光谱特性。关键词：二氧化钛纳米阵列；金纳米颗粒；纳米异质结构；电荷转换；光催化；I哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractDuetotheirchemicalstability,nontoxicity,lowcost,andsomeotherremarkablephysicalandchemicalproperties,TiO2m

6、aterialshavefoundwideapplicationsinmanyfieldsincludingenvironmentprotection,gassensing,energystorageandconversion,andsoon.ThebandgapofTiO2liesneartheUVontheelectromagneticspectrum(3.2eVforanatasebulkandthatofthinfilmsisevenlarger).ThisinherentpropertyofTiO2curtailstheoverallefficiencyofsunl

7、ightasonlyabout3-5%oftotalsunlightcangeneratethephoto-inducedchargecarriers.Thereforethispropertylimiteditsapplicationinthefieldofphotocatalysisandphoto-electricconversion.Itisreportedthatthespectralresponserangecanbeextendedtovisibleregion,andphotocatal