双稀土掺杂TiO2 纳米管阵列的制备及其光电催化性能.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn双稀土掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其#光电催化性能111121**尹云超，薛鹏，万俊，刘恩周，胡晓云，樊君5（1.西北大学化工学院，西安，710069；2.西北大学物理学院，西安，710069）摘要：通过两步阳极氧化法分别制备了TiO2纳米管阵列（TiO2NTs）、稀土元素Gd和Ce共掺杂TiO2纳米管阵列（Gd/Ce-TiO2NTs）以及稀土元素Gd和Tm共掺杂TiO2纳米管阵列（Gd/Tm-TiO2NTs）。表征了所制备样品的形貌、结晶性和光吸收能力等。相比于未掺10

2、杂的TiO2NTs，Gd/Ce-TiO2NTs和Gd/Tm-TiO2NTs表现出更好的紫外-可见光吸收，这归因于稀土元素的掺杂形成了杂质能级。Gd/Tm-TiO2NTs表现出更高的光电流密度。另外，相比于TiO2NTs和Gd/Ce-TiO2NTs，Gd/Tm-TiO2NTs显示出更低的荧光强度，这表明了其光生载流子的复合率最低。同时，相比于TiO2NTs和Gd/Ce-TiO2NTs，Gd/Tm-TiO2NTs也表现出最高的光电催化性能。这归因于由于Gd和Tm的共掺杂TiO2NTs形成了杂质能级15协同使样品的光吸收增强,同时使光生载流

3、子的分离率提高。关键词：TiO2NTs；共掺杂；杂质能级；阳极氧化法中图分类号：O643Fabricationofco-dopedTiO2nanotubearrayswith20enhancedphotoelectrocatalyticactivities111121YINYunchao,XUEPeng,WANJun,LIUEnzhou,HUXiaoyun,FANJun(1.SchoolofChemicalEngineering,NorthwestUniversity,Xi'an710069,PRChina;2.Schoolofphy

4、sics,NorthwestUniversity,Xi'an710069,PRChina)Abstract:HighlyorderedTiO2nanotubearrays(TiO2NTs),Gd/CeandGd/Tmco-dopedTiO2nanotube25arrays(Gd/Ce-TiO2NTsandGd/Tm-TiO2NTs)weresynthesizedthroughatwo-stepanodizationmethod.Themorphology,crystallinityandlightabsorptioncapabilit

5、yofas-obtainedsamplesweredistinguishedbasedonvariouscharacterizations.Gd/Ce-TiO2NTsandGd/Tm-TiO2NTsexhibitedexcellentlightabsorptionwhichiscausedbytheformationofimpurityenergystatesnearboththebandedges.AndtheGd/Tm-TiO2NTsexhibitedthehighestcurrentdensitythanthatofthepur

6、eTiO2NTs30andGd/Ce-TiO2NTs.Besides,thePLintensityofGd/Tm-TiO2NTswaslowestthanthatofTiO2NTsandGd/Ce-TiO2NTs,revealingadecreaseinchargecarrierrecombination.ThephotoelectrocatalyticactivitiesoftheGd/Tm-TiO2NTshavebeensignificantlyenhancedcomparedtothatofun-dopedTiO2NTsandG

7、d/Ce-TiO2NTs,whichisascribedtotheimpurityenergystatesactingasthetrappingsitesforboththephoto-generatedchargestoreducetherecombinationprocess.35Keywords:TiO2NTs;co-doped;impurityenergystates;anodizationmethod0引言[1,2]目前，光电催化因具有更好的催化性能而受到广泛关注。二氧化钛（TiO2）具有活[3]40性高、热稳定性好以及优良

8、的光电催化性能而常被用作光电催化的半导体材料。2001年，[4]Grimes研究组首次采用阳极氧化法成功制备出分布均匀、整齐有序的TiO2纳米管阵列（TiO2NTs）。因其纳米管状结构所具有的独特物理化学性能而备受关注。