可见光响应型TiO2纳米管基光电极的制备及性能研究

摘要

TiO2纳米管因具有独特的高度有序的纳米结构，稳定的物理化学性质，较大的比表面积以及定向传递光生电子的能力被广泛应用于太阳能电池、生物、光催化分解水制氢、生物传感器和环境净化领域。本文制备了ZnFe2O4、CdS、Pt、ZnFe2O4/CdS和Pt/CdS负载TiO2纳米管的光电极材料，并且对其进行了系统的表征和光电性能测试。主要有以下研究结果：
　　 (1)采用电化学阳极氧化法在Ti-5Zr合金表面制备了规则形貌的TiO2纳米管。依次采用电化学阴极沉积法和化学法在TiO2纳米管表面分别制备ZnFe2O4和CdS纳米颗粒，研究了阴极沉积电压和时间对ZnFe2O4纳米颗粒形貌影响。最佳制备参数合成的ZnFe2O4纳米颗粒均匀分散在TiO2纳米管表面。通过溶液的配比可以调节CdS纳米颗粒的大小，制备最佳CdS纳米颗粒的溶液配比为：硫脲1mM，CdCl21mM，加氨水调节pH至9，去离子水20mL，无水乙醇180mL，恒温水浴1h。经光电性能测试，CdS-TiO2纳米管的光电流密度是TiO2纳米管的6倍。
　　 (2)Pt/CdS-TiO2纳米管的三元复合结构大大提高了TiO2纳米管的光电性能，Pt/CdS-TiO2纳米管光电极是TiO2纳米管的8倍，这种优越性能归因于Pt、CdS和TiO2三者之间的协同效应。Pt-TiO2光电极，其光电响应能力与Pt的纳米颗粒的负载量有关，当PVP的添加量较少时，Pt纳米颗粒负载量分布密度较高时，Pt-TiO2光电极的光电流密度是TiO2纳米管的0.5倍。当Pt纳米颗粒负载量和分布密度最佳时(最佳制备参数)，Pt-TiO2光电极的光电流密度是裸TiO2纳米管的2倍。