FTO导电玻璃基底表面TiO2纳米线阵列的合成.pdf

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1、210江西化工2014年第1期FTO导电玻璃基底表面TiO2纳米线阵列的合成刘元(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西南昌330063)摘要：近几年，以TiO纳米材料为核心的应用不断增加。在一些重要领域，如能量产生，累积，保存以及环境污染物降解中一些很具潜力的技术都是以TiO：纳米材料为基础的。TiO作为一种n型半导体材料，由于特殊的光响应性质，引起了科学家们的广泛兴趣。尤其是低维尺寸的TiO纳米材料，例如纳米线和纳米管，更是在最近得到了极大地关注。TiO：纳米线阵列依赖于形貌的独特的物理、化学

2、、光电性质，使其在环境可持久性有机污染物质的处理技术中具有重要意义。采用两步溶剂热合成法成功实现了在FTO导电玻璃表面生长Ti()2纳米线阵列。由XRD、SEM、TEM表明TiO2纳米线阵列为金红石型，具有较高的垂直定向性以及对Fro良好的附着能力。TiO：纳米线长度为0．4—0．8m，直径为10nm一20nm。通过BET测试表明，通过该方法合成的Ti02纳米线阵列拥有比P25更大的比表面积，使其对污染物质具有更好的吸附能力，从而促进了TiO纳米线表面光催化反应的进行。关键词：TiO纳米线阵列F

3、ro导电玻璃金红石型光催化反应溶剂热合成1引言2．1实验试剂电子具有波粒二象性。在半导体中电子动能较本实验中所用的所有化学试剂都为分析纯并未进低，德布罗意波长较长，电子的运动容易受到空间的束一步纯化。钛酸正丁酯(国药集团化学试剂有限公缚。当材料某一维度的尺寸可与电子的德布罗意波长司)，四氯化钛(国药集团化学试剂有限公司)，浓盐酸相比拟时，电子就失去了一个空间自由度，而被量子化(36％一38％，国药集团化学试剂有限公司)，甲苯(国的限制在离散的本征态。此时，电子的粒子行为与体药集团化学试剂有限公司

4、)。材料中相比发生了显著变化。具有这种性质的材料称2．2制备过程为半导体低维材料，也称为半导体纳米材料J。2．2．1Tio2纳米线阵列的制备在过去的研究中，科学家们把大量努力集中在了2．2．1．1Fro导电玻璃的预处理制备各种以TiO：为基础的光电化学结构上，其中最主用玻璃刀切割得面积为2em×3em的FrO导电玻要的是一种由TiO纳米粒子晶体组成的几微米厚的薄璃，将其在比例为1：1的乙醇和水的混合溶液中超声膜结构。在这个薄膜结构中粒子相互接触所形成的界洗涤30rain，去离子水冲洗后，放入干燥

5、箱中以彻底除面产生了大量的电子陷阱，导致电子空穴复合机率的去表面残余的少量水分。因为该反应体系对水的敏感提高。而实验证明，TiO纳米线阵列具有较低的电子空性高，所以要严格控制反应前基底表面所含水量。穴复合几率。2．2．I．2晶种的种植一维尺寸的纳米线结构可以使光子的吸收和光生虽然TiO与SnO之间存在匹配的晶格结构，但电荷的收集分别在不同方向相对独立进行，提高了材TiO晶体易于均相成核，在一般条件下，异相成核难度料的光量子效率I】“J。而且由于纳米线直径很小，较大，导致TiO2纳米线阵列与Fro

6、基底之间的附着力TiO受激产生的光生空穴需要扩散的长度很短，空穴仅较弱。为了加强TiO纳米线阵列在Fro表面的附着需通过TiO纳米线直径就可扩散至表面，从而进行了力，同时缩短生长TiO纳米线阵列的时间，节约能耗，有效地电荷转移。另外，虽然TiO纳米线中的电子迁我们首先通过一次溶剂热反应，在FrO表面种植薄薄移率低，但TiO的线性结构迫使电子沿着直线传播，大的一层晶种。然后，再通过第二次相同条件下的溶剂大缩短了电子的传输距离，最终到达导电接触面，提高热反应，使种植在Fro基底表面的品种生长形成Ti

7、O了电荷的有效传递率-l-18]。就是因为TiO纳米线这纳米线阵列。种各向异性的结构特征，使得光生载流子能够快速迁2．2．1．3TiO，纳米线阵列的生长移传递，故大大降低了电子空穴的复合几率。在每一次的溶剂热反应中，FrO导电玻璃垂直于2实验部分底部放置在一个密封的聚四氟乙烯衬里(25m1)中。整2014年3月Fro导电玻璃基底表面TiO2纳米线阵列的合成2l1个反应体系包含10ml甲苯，2ml四丁基钛酸酯，2ml四水冲洗FTO导电玻璃表面，将残余的甲苯与吸附在表氯化钛(1M的甲苯溶液)和lII

8、Il盐酸(37wt％)。所用面的TiO粉末冲洗干净。最后放置在大气环境中自然的药品试剂皆为分析纯，没有经过进一步的提纯。干燥。值得一提的是，由于较温和的生长环境，使Fro通过两次的溶剂热反应，我们可以在Fro基底表表面的导电性不受影响。从而为负载有TiO纳米线阵面得到具有良好垂直定向的Tio2纳米线阵列。在这个列的b-TO导电玻璃的光电化学应用提供了极大优势。反应体系中，甲苯作为非极性有机溶剂，四氯化钛和钛2．3材料表征酸四丁酯同时作为钛源前驱体溶解在非极性的有机溶粉末x射线衍射(x射线衍射)采