SrTiO3/TiO2复合结构的制备及其光电化学性能的研究

摘要

光电化学技术，作为开发利用光能源的关键技术，试图用来产生二次能源如氢能等，缓解当前的环境污染和能源短缺问题。TiO2因其低成本、较高的稳定性和光催化活性、低毒性等优点被公认为优良的半导体光催化剂。本文基于TiO2纳米管阵列，研究SrTiO3/TiO2复合结构材料的光电化学性能。然后，进一步对SrTiO3/TiO2复合结构进行氢处理，探究氢处理对复合结构光电化学化性能提高的原因。
　　通过阳极氧化法制备系列TiO2纳米管阵列材料，通过探究不同阳极氧化时间分析TiO2纳米管阵列的生长情况，并进一步对系列样品进行光电化学性能的研究，结果发现，阳极氧化1 h的TiO2纳米管阵列具有最佳的光电化学性能，白光下，其光致电流密度可达0.170 mA·m-2。
　　通过电化学沉积法制备SrTiO3/TiO2复合结构，通过研究不同条件下复合结构的形貌，制备得到花瓣状和管状两种复合结构材料，通过分析两种材料对比TiO2纳米管阵列的光电化学性能，发现管状SrTiO3/TiO2复合结构具有较好的光电化学性能，进一步分析不同条件下制备的管状SrTiO3/TiO2复合结构，结果表明，沉积电压为30 V、沉积时间10 min、退火温度为450℃的管状复合结构具有最佳光催化性能，其白光下光致电流密度可达到单纯TiO2纳米管阵列2.03倍。
　　通过水热法制备SrTiO3/TiO2复合结构，并研究其微观形貌和光电化学性能的测试，研究结果表明：经过氢处理复合结构材料，其表面出现明显的粗糙化，对光的吸收能力加强，产生更多的光生载流子，并且使得复合结构的内阻减小，加速了光生载流子的传递，延长了光生载流子的寿命。其最佳性能为350℃氢处理30 min的SrTiO3/TiO2复合结构，其在白光照射下光致电流密度为单纯TiO2纳米管阵列的3倍，表现出较强的光电化学性能。