生物模板法制备金/二氧化钛纳米结构薄膜及其光电催化活性研究

摘要

二氧化钛复合薄膜是最有前景的光电催化材料之一，在光解水制氢、降解污染物及敏化太阳能电池等领域有着广泛的应用前景。二氧化钛与贵金属及其它半导体复合可以改善其光电催化性能，在基础研究和实际应用方面都有着重要的意义。本论文以透析法合成纳米二氧化钛，以鞭毛作为生物模板来稳定纳米金及硫化镉，进而构筑Au/TiO2、CdS/TiO2以及Au/CdS/TiO2复合薄膜。借助透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线粉末衍射（XRD）、紫外可见漫反射（UV-vis DRS）、Zeta电位仪、傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）以及光电测试技术对其结构和活性进行研究，取得以下结果：
　　（1）采用透析法制备高纯透析钛溶胶，并以此为前驱体通过溶胶-凝胶法获取二氧化钛。基于doctor blade方法在FTO玻璃上做成TiO2薄膜。光电化学测试结果证明了透析法制备的TiO2薄膜具有很好的光电催化活性，这是由于透析纯化了样品并且改善了颗粒间的连接性能。
　　（2）借助鞭毛作为生物模板辅助制备高稳定性和高分散性的金溶胶，并将其与透析钛溶胶进一步制备成Au/TiO2复合薄膜。该复合薄膜显示出高的可见光催化活性，通过对机理的研究表明鞭毛同时充当纳米金颗粒的成核位点、生长控制剂以及稳定剂的三重角色。
　　（3）进一步借助鞭毛构筑了更复杂的CdS/TiO2以及Au/CdS/TiO2复合薄膜，实验发现该两种复合薄膜的可见光催化活性显著升高，这是由于鞭毛减小了颗粒尺寸并防止了颗粒间的团聚。通过对其机理的探究发现鞭毛起到跟上一部分一样，即同时充当CdS颗粒的成核位点、生长控制剂以及稳定剂的三重角色。
　　本论文对促进二氧化钛半导体复合材料在光解水制氢、降解污染物及敏化太阳能电池等领域的应用，以及借助生物模板法研制光活性复合半导体纳米结构材料和器件都具有借鉴作用。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 生物模板法合成纳米材料

1.3 本论文的研究思路和工作内容

2 实验仪器、试剂及样品表征

2.1 实验试剂及仪器

2.2 样品表征

3 透析法制备纳米TiO2薄膜

3.1 透析法纳米TiO2薄膜的制备

3.2 纳米TiO2薄膜的表征及活性差异探讨

3.3 小结

4 鞭毛辅助制备Au/TiO2薄膜及其光电化学活性

4.1 鞭毛辅助纳米金的制备

4.2 鞭毛/金稳定性探讨

4.3 Au/TiO2复合薄膜的表征

4.4 小结

5 鞭毛辅助制备Au/CdS/TiO2复合薄膜

5.1 鞭毛辅助制备Au/CdS/TiO2复合薄膜

5.2 鞭毛辅助制备CdS/TiO2复合薄膜的表征

5.3 鞭毛辅助制备Au/CdS/TiO2复合薄膜的表征

5.4 小结

总结与展望

1.总结

2.展望

参考文献

致谢

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