tio2纳米管、棒水热制备及其光电性能的研究

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要为了使TiO2能更好地应用于光电领域，必须提高电子在TiO2中的传输效率。一维纳米TiO2材料能使电子传输更顺畅，有效提高电子传输效率。此外，对TiO2一维纳米物掺杂某些过渡金属，能提高其光吸收率，改善光电性能。本文采用水热法制备了掺Cr的TiO2（Cr-TiO2）纳米管、纳米棒，并且在FTO导电玻璃上生长了TiO2纳米棒阵列。利用场发射扫描电子显微镜（FESEM）、X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外可见光光谱（UV-Vis）以及光电化学的方法对产物

2、进行了表征，并研究了水热参数对产物的影响。首先，在NaOH溶液中采用水热法制备了掺Cr的Cr-TiO2纳米管，其直径为7nm左右，长约70nm。Cr-TiO2纳米管是由锐钛矿相组成的单晶结构。紫外-可见光光谱表明掺Cr量为0.5mol%的纳米管对可见光的吸收率最大，且其光电化学性能优于纯TiO2纳米管。其次，通过水热法和热处理制得表面含有纳米坑的掺Cr的Cr-TiO2纳米棒。Cr-TiO2纳米棒是由锐钛矿相组成的单晶结构，纳米棒直径约80nm，长度为300~500nm，纳米坑形状多样，尺寸为10~20nm。XPS测试表明，热处

3、理后Cr元素以Cr2O3的形式聚集在TiO2纳米棒表面。紫外-可见光光谱表明，纳米坑加强了产物对近紫外光区的光吸收率，而掺Cr提高了对可见光的吸收。光电化学检测结果显示3mol%Cr-TiO2纳米棒薄膜呈现出比纯TiO2纳米棒薄膜和商业锐钛矿TiO2颗粒薄膜更优异的光电化学性能。最后，在HCl溶液中先用水热法在FTO上生长了单晶金红石TiO2纳米棒阵列。研究表明，产物形貌受水热参数的影响。然后通过水热后处理制得树枝状TiO2纳米棒阵列。树枝状TiO2纳米棒阵列薄膜的光催化性能比TiO2纳米棒阵列薄膜更优异。这是由于三维树枝状结

4、构能有效地散射入射光，从而提高薄膜对入射光的利用率。同时，树枝状TiO2纳米棒阵列薄膜具有较大的比表面积，能提供较多的反应活性点，从而提高光催化能力。关键词：水热法，TiO2纳米管，TiO2纳米棒，掺Cr，TiO2纳米棒阵列ITiO2纳米管、棒的水热制备及其光电性能研究AbstractToincreasetransportionefficiencyofelectronsinTiO2isimportantforenhancingTiO2propertiesinphotoelectricfield.Ithasbeenknownth

5、atelectronscantransportrapidlyinone-dimensionalTiO2nanomaterials.Andone-dimensionalTiO2nanomaterialsdopedwithcertaintransitionalmetalelementshavebetterphotoelectrochemicalproperties.Therefore,Cr-dopedTiO2(Cr-TiO2)nanotubesandnanorodswerepreparedbyhydrothermalmethodi

6、nthiswork.Besides,TiO2nanorodarrayswerehydrothermallygrownonFTOsubstrate.ThesampleswerecharacterizedrespectivelybyFESEM,XRD,TEM,XPS,UV-visspectrum,andphotoelectrochemistrymethods.Theinfluencesofhydrothermalparametersonthemorphologyandpropertyofthesampleswerealsostud

7、ied.Firstly,Cr-dopedTiO2nanotubeswithanatasesingle-crystallinestructureweresynthesizedviahydrothermalmethodinNaOHsolution.Thediameterandlengthofthenanotubeswere7nmand70nm,respectively.TheUV-visspectraof0.5mol%Cr-TiO2nanotubesindicatedthattheirabsorbencywasthehighest

8、invisibleregion.AndtheirphotoelectrochemicalactivitywasbetterthanthatofundopedTiO2nanotubes.Secondly,single-crystallineanataseCr-dopedTiO2