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TiO_2纳米管与纳米线的制备及光电化学研究

作　者: 王利刚
导　师: 郝彦忠
学　校: 河北科技大学
专　业: 应用化学
关键词: TiO2纳米线 TiO2纳米管 半导体纳米结构电极 光电化学 聚3-甲基噻吩
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


利用在钛箔表面沉积一层TiO2纳米粒子作为晶种,与NaOH反应,通过改变反应温度制备了TiO2纳米管与纳米线。并对TiO2纳米管与纳米线进行了一系列表征,利用光电流作用谱、瞬态光电流等光电化学方法对TiO2纳米管与纳米线膜电极、聚3-甲基噻吩修饰的TiO2纳米管与纳米线的光电化学性质进行了研究。在反应温度170℃,反应时间48 h的条件下合成TiO2纳米管。TiO2纳米管的直径分布在20～200 nm、长度可达几微米至十几微米。通过改变反应温度制备了另一种一维纳米物质TiO2纳米线。TiO2纳米线直径在20～50 nm左右、长度可达几微米。将TiO2纳米管和纳米线膜电极进行了光电化学性能比较。对TiO2纳米管与纳米线合成研究表明,在较高的水热温度下,更趋于形成纳米线。温度对纳米管、纳米线的形成有重要作用。在一定反应温度条件下,改变反应时间,只是产物的直径和长度有变化。光电化学实验表明,TiO2纳米管和纳米线具有n型半导体的性质。TiO2纳米管在电极电势为0.7 V、入射光波长为340 nm的条件下,IPCE值最大,达到10.38%。TiO2纳米线在入射波长340 nm处有最大的IPCE值,达到8.8%。TiO2纳米管比TiO2纳米线的显示出更好的光电性能。与纳米线相比,纳米管的两端开口的中空管状结构和层状的管壁结构都为电子的快速迁移提供了天然的通道,而且纳米管的比表面积大约是纳米线的两倍,因此纳米管的实际有效电极面积要比纳米线大,在光电性能方面将有更好的界面特性,因此具有更好光电性能。研究了聚3-甲基噻吩[Poly（3-Methylthiophene）（PMeT）]修饰TiO2纳米管与TiO2纳米线膜电极的光电性能。当电极电势为—0.7 V时聚3-甲基噻吩（PMeT）修饰TiO2纳米管膜电极有最大光电流;当电极电势为—0.6 V时聚3-甲基噻吩（PMeT）修饰TiO2纳米线膜电极有最大光电流。TiO2纳米管与纳米线/PMeT中存在p-n异质结,p-n异质结存在使得TiO2纳米管与纳米线/PMeT薄膜电极在长波区光电转换效率普遍高于TiO2纳米管与纳米线膜电极光电转换效率。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-20
  1.1 太阳电池结构及工作原理  9-11
  1.2 纳米科学技术与太阳电池  11-12
  1.3 导电聚合物在纳米太阳电池中的应用研究  12-13
    1.3.1 聚邻甲氧基苯胺  13
    1.3.2 聚噻吩及其衍生物  13
  1.4 TiO_2纳米管的国内外研究现状  13-17
    1.4.1 模板合成法  14-15
    1.4.2 阳极氧化法  15
    1.4.3 水热合成法  15-17
  1.5 TiO_2纳米线的国内外研究现状  17-18
    1.5.1 溶胶-凝胶(Sol-gel)法  17
    1.5.2 电化学沉积法  17
    1.5.3 电化学诱导的Sol-gel法  17-18
  1.6 研究本课题的设想  18
  1.7 主要研究内容和研究方案  18-20
    1.7.1 TiO_2纳米管与纳米线的制备  18-19
    1.7.2 TiO_2纳米管与纳米线的光电性能研究  19-20
第2章 TiO_2纳米管的制备及其光电化学研究  20-28
  2.1 实验部分  20-22
    2.1.1 主要实验仪器  20
    2.1.2 主要实验药品  20-21
    2.1.3 TiO_2纳米粒子的制备  21
    2.1.4 TiO_2纳米管的制备  21
    2.1.5 表征  21-22
  2.2 光电化学测定  22
    2.2.1 ITO/TiO_2纳米管膜电极的制备  22
    2.2.2 光电流的测定  22
  2.3 结果与讨论  22-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 TiO_2纳米线的制备及光电化学研究  28-35
  3.1 实验部分  28-30
    3.1.1 主要实验仪器  28
    3.1.2 主要实验药品  28-29
    3.1.3 TiO_2纳米粒子的制备  29
    3.1.4 TiO_2纳米线的制备  29
    3.1.5 表征  29-30
  3.2 光电化学测定  30
    3.2.1 ITO/TiO_2纳米线膜电极的制备  30
    3.2.2 光电流的测定  30
  3.3 结果与讨论  30-33
  3.4 本章小结  33-35
第4章 TiO_2纳米管与纳米线的光电性能比较  35-42
  4.1 实验部分  35-36
    4.1.1 主要实验仪器  35
    4.1.2 主要实验药品  35-36
    4.1.3 TiO_2纳米管与纳米线的制备  36
    4.1.4 表征  36
  4.2 光电化学测定  36
    4.2.1 ITO/TiO_2纳米管与纳米线膜电极的制备  36
    4.2.2 光电流的测定  36
  4.3 结果与讨论  36-40
  4.4 本章小结  40-42
第5章 聚3-甲基噻吩修饰TiO_2纳米管与纳米线的光电化学性能研究  42-50
  5.1 实验部分  42-43
    5.1.1 主要实验仪器  42-43
    5.1.2 主要实验药品  43
    5.1.3 电极的制备  43
    5.1.4 光电化学测定  43
  5.2 结果与讨论  43-49
  5.3 本章小结  49-50
结论  50-51
参考文献  51-56
攻读硕士学位期间所发表的论文  56-57
致谢  57

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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