TiO2纳米管的制备及其光电性能研究

２０１０年第３１卷第３期　

ＣｄＳ敏化ＴｉＯ２纳米管的制备和性能研究　

程　浩，隋小涛，赵修建　

（武汉理工大学硅酸盐材料工程教育部重点实验室，武汉４３００７０）　

摘　要：　采用联系离子层沉积法，在透明的ＴｉＯ２纳米管阵列薄膜上沉积ＣｄＳ，制备ＣｄＳ敏化ＴｉＯ２纳米管阵列薄膜　

光阳极材料。通过改变沉积液的溶剂和控制沉积次数，研究不同量的ＣｄＳ对Ｔｉ０２纳米管薄膜的光电性能的影响。　

结果表明，在以乙醇、甲醇／水为溶剂的条件下，循环沉积４次后制备的ＣｄＳ／ＴｉＯ２光阳极表现最好的光电转换效率。　

关键词：　ＣｄＳ纳米粒子；ＴｉＯ２纳米管阵列；　光阳极　

Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ＣｄＳ　Ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ＴｉＯ２　Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　

ＣＨＥＮＧ　Ｈａｏ，ＳＵＩ　Ｘｉａｏ—ｔａｏ，ＺＨＡ０　Ｘｉｕ￣ｉａｎ　

（Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｓｉｌｉｃａｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｗｕｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　

ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ　４３００７０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｄｅ　ｏｆ　ＣｄＳ　ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ　Ｔｉ０２　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｒｒａｙ　ｆｉｌｍ　ｗａｓ　ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ　ｂｙ　ｓｕｃｃｅｓｓｉｖｅ　ｉｏｎｉｃ　

ｌａｙｅｒ　ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒｅａｃｔｉｏｎ（ＳＩＬＡＲ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｙｃｌｅ　ｔｉｍｅｓ，ｔｈｅ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　

ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗａｓ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＣｄＳ　ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ　Ｔｉ０２　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｒ—　

纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究

随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。

标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能

引言

半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。

1、TiO2材料简介

TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV与之对应的激发波长为387nm。所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。纳米材料不仅仅具备粒径小的优点，而且还具备了小尺寸所带来的特殊的性质，这些特性将在未来的绿色革命中大展拳脚，给环境保护带来巨大的进展。纳米TiO2能够光催化降解水中多种污染物，对染料、卤代烃、多环芳烃、酚类、表面活性剂和农药等都具有降解能力。用TiO2作为光催化剂，可以使多达60多种含氯化合物在光照条件下氧化还原而生成COa和H20等物质。纳米尺度的TiO2相比与普通二氧化钛具有更好的光催化性能，但由于粒径细小在反应过程中容易流失，而且大量的悬浮纳米级光催化剂会阻挡光的吸收也给废水处理后的分离造成极大的困难。由于这些应用中的困难，近年来固定相纳米光催化技术成为了热点研究，进行TiO2纳米膜及其负载技术的催化氧化实验成为主流。在TiO2光催化氧化处理有机污染物方面，国内现在

第８卷第２期　２０１１年４月　纳米科技　Ｎａｎｏｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．２　Ａｐｒｉｌ　２０１１　

阳极氧化ＴｉＯ２纳米管阵列的制备及其光　

电化学特性研究　：ｌ＝　

刘世凯　一，杨海滨　，李伊荇　，付乌有　

（１．河南工业大学材料科学与工程学院，河南郑州４５０００１）　（２．吉林大学超硬材料国家重点实验室，吉林长春１３００１２）　

摘要：采用简单的电化学阳极氧化法在金属Ｔｉ表面制备了ＴｉＯ：纳米管阵列薄膜，研究薄膜的　

表面形貌、晶相结构以及光吸收性质，考察其光电极的光电化学特性，结果表明，所制备的纳　

米管阵列膜结构高度有序，平均管径约９０ｎｍ，管长约７００ｎｍ。经过不同温度热处理后，薄膜结　

晶性质的重要性得到证实，６００￣（２处理的光电极具有最优的光吸收和光电化学性质，最高光转化　

效率约１．０７％。　关键词：二氧化钛；纳米管阵列；阳极氧化；光电化学　

Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｅｄ　Ａｎｏｄｉｃ　ＴｉＯ２　Ｎａｎｏｔｕｂｅ　Ａｒｒａｙｓ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　

Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　

ＬＩＵ　Ｓｈｉ—ｋａｉ　，ＹＡＮＧ　Ｈａｉ—ｂｉｎ　，ＬＩ　Ｙｉ—ｘｉｎｇ２，ＦＵ　Ｗｕ—ｙｏｕ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００　１，Ｃｈｉｎａ）　

（２．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒｈａｒｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｊｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００１２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｌｆ－ｏｒｇａｎｉｚｅｄ　ｎａｎｏｔｕｂｅ　ａｒｒａｙｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ａ　ｆａｃｉｌｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｐｕｒｅ　Ｔｉ　ｉｎ　ａ　Ｏ．５ｗｔ％　ＮＨ４Ｆ　ａｑｕｅｏｕｓ　ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ．Ｔｈｅ　ｓｎＩｆａｅｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｏｐｔｉｃａｌ　ａｎｄ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａ１　ｂｅｈａｖｉｏｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎａｎｏｔｕｂｕｌａｒ　ｆｉｌｍｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ａｓ－ｆｏｒｍｅｄ　ｎａｎｏｔｕｂｅｓ　ａｒｅ　ｈｉｇｈｌｙ　ｏｒｄｅｒｅｄ　ｗｉｔｈ－７００ｎｍ　ｉｎ　ｌｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｔｕｂｅ　ｄｉａｍｅｔｅｒ　ｏｆ　ａｂｏｕｔ　９０ｎｍ．Ｂｙ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌｌｙ　ａｍｏｒｐｈｏｕｓ　ｆｉｌｍｓ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ，ｔｈｅ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ　ｎａｔｕｒｅ　ｉｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ａｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｐｈｏｔｏｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　１．０７％ｉｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ａｎｎｅａｌｉｎｇ　ａｔ　６００。Ｃ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｉｔａｎｉｕｍ　ｄｉｏｘｉｄｅ；ｎａｎｏｔｕｂｅ　ａｒｒａｙｓ；ａｎｏｄｉｚａｔｉｏｎ；ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　

第２９卷第４期　２０１３年４月　无　机　化　学　学　报　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＩＮＯＲＧＡＮＩＣ　ＣＨＥＭＩＳＴＲＹ　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　７２９．７３４　

ＴｉＯ２纳米管阵列负载不同形貌Ｃｕ２０薄膜的制备及光电性能研究　

薛晋波　，ｚ，３　中倩倩１　李光亮　梁　伟　＇ｌ＿Ｚ３　

（　太原理工大学材料科学与工程学院，太原０３００２４）　

（　太原理工大学新材料工程技术研究中心，太原０３００２４）　（。太原理工大学新材料界面科学与工程教育部重点实验室，太原０３００２４）　

摘要：本论文采用阳极氧化法在金属钛基底上制备高度有序的ＴｉＯ，纳米管阵列薄膜．然后采用脉冲电流法在ＴｉＯ，纳米管阵列　上沉积Ｃｕ　Ｏ，从而制备出Ｃｕ　Ｏ　ＴｉＯ　纳米管阵列异质结复合薄膜。借助Ｘ射线衍射仪（ＸＲＤ）．场发射扫描电子显微镜（ＦＥＳＥＭ）和　透射电子显微镜　Ｍ）等表征手段，详细探讨了Ｃｕ２０沉积过程中电解液的不同扰动方式ｆ静止、磁力搅拌和超声搅拌）对复合薄　膜物相和形貌的影响。实验结果表明电解液的扰动方式会影响Ｃｕ，Ｏ沉积过程中的离子扩散和微区化学环境．从而影响Ｃｕ，Ｏ　的形貌　通过漫反射紫外一可见吸收光谱（ｕｖ—Ｖｉｓ）￣ｌ光电流性能测试可知所制备的负载Ｃｕ２０型ＴｉＯ，纳米管阵列薄膜具有显著　的可见光响应效应　

关键词：Ｃｕ２Ｏ—ＴｉＯ　异质结；微观结构；电沉积；光电性能　中图分类号：　ｒＱ１７４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１—４８６１（２０１３）０４—０７２９－０６　ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００１—４８６１．２０１３．００．１２０　

Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｒｏｐｅｒｔｙ　ｏｆ　Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓ　Ｃｕ２０　

Ｌｏａｄｅｄ　ｏｎ　ＴｉＯ２　Ｎａｎｏｔｕｂｅ　Ａｒｒａｙｓ　Ｆｉｌｍｓ　

ＸＵＥ　Ｊｉｎ—Ｂｏ　，　ＳＨＥＮ　Ｑｉａｎ—Ｑｉａｎ　ＬＩ　Ｇｕａｎｇ—Ｌｉａｎｇ　ＬＩＡＮＧ　Ｗｅｉ　’　，王　（　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＭａｔｅｒｉｄｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔａｉｙｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　（２Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｒｅ　ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｌｙｕａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔ￣ｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）　（３Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　ＩｎｔｅｇＣａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｉｎ　Ａ　ｄｖａｎｃｅｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ（Ｍｉｎ￣ｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），　Ｔａｉｙｕａｎ　ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔ￣ｙｕａｎ　０３００２４，Ｃｈｉｎａ）