纳米晶TiO,2材料的制备及其光电子特性的研究

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1、摘要摘要本文利用溶胶一凝胶法制备纳米晶n02。样品制备过程中采用了两种不同表面活性剂(十二胺和十八胺)作为抑制生长剂，其目的是为了减少纳米二氧化钛粒子的团聚，增加材料的比表面积。本文通过相应的检测手段对二氧化钛纳米样品进行了结构表征；利用光声和表面光伏技术对样品表面电子态的性质，以及光诱导表面电荷转移跃迁特性进行了研究。样品的x射线(XRD)结果表明，样品中锐钛矿含量随着焙烧温度的增加而降低；同样，水解温度的提高也会增加样品中锐钛矿的含量；但是，延长焙烧时间则加速了二氧化钛由锐钛矿型向金红石型转化的过程。样品透射电子显微镜(TEM)

2、和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)的结果表明，使用上述两种表面活性剂制得样品中，十八胺作为表面活性剂明显减少了样品颗粒之间的团聚，增加材料的比表面积。差热分析(TG-DSC)曲线和弗里埃变换红外吸收(FT-IR)光谱的结果表明，最终得到样品中表面活性剂的成分已经被基本去除。实验测定了纳米晶Ti02样品的光声光谱(PAS)，表面光电压谱(SPS)和电场诱导表面光电压谱(EFISPS)。对测试结果分析后认为，波长在380nm处出现的表面光伏响应与锐钛矿型n02的表面电子结构有关，属于主带隙电荷转移跃迁；结合样品的光声光谱和表面光电压谱

3、的结果发现，随着样品平均粒径的减少，无辐射跃迁产生的光声信号增强，同时适当降低样品中锐钛矿的含量，可以显著减少样品表面无辐射跃迁的成分，提高光量子效率。关键词纳米晶Ti02；表面电子结构；光声光谱；表面光电压谱燕山大学管理学硕士学位论文AbstractNanocrystallineZi02wassynthesizedbysol-gelmethod．Twodifferentsurfactants(dodecylamineandoctodecylamine)wereadoptedasrestrainingreagenttoreducet

4、heagglomerationofTi02particlesandtoimprovethesurfacearea．11艟microstructuresofthenanoerystallineTi02werecharacterizedwithdifferenttechniques．TheelectronicstatepropertiesofthesurfaceofTi02andphotogenicfreechargecarrierstransportcharacterswereprobedbyemployingthephotoacou

5、sticandsurfacephotovoltaietechniques．XRDanalysisshowsthatthefractionofthearmtasephasedecreaseswiththeincreaseofcaicinationtemperatureandthatincreaseswiththeincreaseofhydrolyzationtemperature．However,thetransformationofthenanocrystallineTi02fromanntasetomtileisaccelerat

6、edwiththeincreaseofthecalcinationtime．TEMandHRTEManalysisshowthatcomparingthetwokindsofsurfactantoctodecylamineplaysabetterroleondecreasingtheagglomerationofTi02granulesandincreasingtheirsurfacearea．FromtheanalysesofTG—DSCandFT-IRcurves，wefoundthatthesufaetanthasbeenwi

7、pedoffbasicaUy．111ePAS，SPS，andEFISPSmeasllrementsofTi02nanocrystallineswerecarriedout．TheanalyticresultsshowthattheSPVresponsesappearingat380nnloftheTi02nanocrystallinesiscloselydependentonthesurfaceelectronicstructureofanatase-typeTi02nanoparticles，whichbelongstoaband

8、·bandtransition；Byanalyzingthephotoaconsticandsurfacephotovoltaiceffectsofthesamples，itisexperimentallyprovedthatthou