一维纳米SnO2/TiO2复合薄膜电极的制备及光电性能研究

摘要

近年来,由于对短波长发光器件的巨大市场需求,人们越来越关注于宽禁带半导体的研究,二氧化锡(SnO2)是一种典型的宽带隙(Eg=3.6eV,300K)的n型半导体材料,但是由于SnO2带隙比较宽,而导带位置较低,电子更难以激发,在此须选用带隙相对比较窄,而导带位置较高的半导体材料进行修饰。关于SnO2／TiO2复合体系已有报道,研究表明由于这两种半导体材料能级匹配,光生电子和空穴可以有效分离,复合几率减小,从而可以提高SnO2／TiO2复合体系的光电性能。但是研究者大多是以溶胶.凝胶法或气相沉淀法制备,这些制备方法存在制备成本高,制备条件苛刻、难以实用化的缺点。为了寻求更简便的制备方法,近年来已有报道采用静电纺丝的方法制备SnO2／TiO2复合体系,但大多是以TiO2为基底或采用混合前驱体液进行纺丝的方法制备SnO2／TiO2复合体系,而未见采用静电纺丝制备SnO2纳米线为基底再附着TiO2颗粒的文献报道。
　　 本课题采用溶胶-凝胶法制备一维SnO2纳米线,首先配制出具有一定粘度的前驱体液,采用静电纺丝技术成功地制备PVP／SnCl2·2H2O复合纤维,并对工艺条件进行了系统的研究,主要考察了PVP浓度、电压、接收板距离和前驱体液中无机物含量的影响,500℃煅烧5h后可得到一维SnO2纳米线,通过对前驱体液中SnCl2·2H2O浓度的调节制备了直径为90-180 nm的SnO2纳米线,再经TiCl4溶液水解处理制备得到了SnO2／TiO2薄膜电极。
　　 分别使用SEM和EDS对薄膜电极进行表征,并通过线性扫描伏安法和光电催化测试方法,分析研究了SnO2／TiO2纳米复合薄膜电极的光电化学性质。结果表明,当前驱体液中SnCl2·2H2O浓度为3wt％时,得到的SnO2纳米线制备的SnO2／TiO2复合薄膜电极的光电流密度达到最大；随后将其与TiO2、SnO2薄膜电极相比,SnO2／TiO2复合薄膜电极产生的光电流明显增大；复合薄膜电极对罗丹明B(RhB)的光电催化降解率在90 min后可达到95％,而TiO2仅为56％、SnO2为58％,同时结合SnO2与TiO2的能级理论,讨论了YiO2的附着有利于SnO2／TiO2复合薄膜电极光电性能提高的原理。

目录

文摘

英文文摘

Contents

第一章 绪论

1.1 半导体和纳米材料

1.2 纳米半导体的特殊性质

1.2.1 光学性质

1.2.2 光催化特性

1.2.3 光电转换特性

1.2.4 电学特性

1.3 纳米半导体的应用

1.3.1 气敏性与传感器

1.3.2 新型能源应用

1.3.3 信息材料

1.3.4 半导体光催化性

1.3.5 纳米半导体材料的应用前景展望

1.4 SnO2纳米线的研究现状

1.4.1 SnO2纳米线的性质与应用

1.4.2 SnO2纳米线的制备方法

1.5 静电纺丝技术

1.5.1 静电纺技术的基本原理

1.5.2 静电纺丝的影响因素

1.5.3 静电纺丝技术的应用

1.6 SnO2/TiO2复合膜的研究现状

1.7 本课题的研究内容和创新之处

第二章 SnO2纳米线的制备及表征

2.1 实验试剂与仪器设备

2.1.1 实验试剂

2.1.2 实验仪器与设备

2.2 实验方法

2.2.1 前驱体液的配制

2.2.2 静电纺丝方法制备SnO2纳米线

2.2.3 分析和表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 PVP浓度对静电纺丝的影响

2.3.2 外加电压对静电纺丝的影响

2.3.3 接收板距离对静电纺丝的影响

2.3.4 前驱体液中无机物含量对SnO2纳米线的影响

2.3.5 SnO2纳米线形成机理

2.4 本章小结

第三章 SnO2/TiO2复合膜的制备及表征

3.1 实验试剂与仪器设备

3.1.1 实验试剂

3.1.2 实验仪器与设备

3.2 SnO2/TiO2复合膜的制备

3.2.1 涂膜技术的筛选

3.2.2 制备SnO2/TiO2复合膜

3.2.3 分析和表征

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 SnO2/TiO2复合膜的光电性能研究

4.1 实验试剂与仪器设备

4.1.1 实验试剂

4.1.2 实验仪器与设备

4.2 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 不同直径SnO2/TiO2膜电极光电性能研究

4.3.2 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电性能对比研究

4.4 本章小结

第五章 SnO2/TiO2复合膜的光电催化性能研究

5.1 实验试剂与仪器设备

5.1.1 实验试剂

5.1.2 实验仪器与设备

5.2 实验方法

5.3 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能研究

5.3.1 外加偏压对复合电极光催化性能的影响

5.3.2 SnO2、TiO2、SnO2/TiO2膜电极光电催化性能的比较

5.4 机理研究

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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