TiO2纳米管的掺杂改性及光电性能研究

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1、硕士学位论文TiO2纳米管的掺杂改性及光电性能研究STUDYONDOPINGANDMODIFICATIONOFTITANIUMDIOXIDENANOTUBESANDTHEIRPHOTOELECTRICPERFORMANCE王坤哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：620密级：公开工学硕士学位论文TiO2纳米管的掺杂改性及光电性能研究硕士研究生：王坤导师：宋申华教授申请学位：工学硕士学科：材料学所在单位：深圳研究生院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB34U.D

2、.C:620AdissertationsubmittedinpartialfulfillmentoftherequirementsfortheacademicdegreeofMasterofEngineeringSTUDYONDOPINGANDMODIFICATIONOFTITANIUMDIOXIDENANOTUBESANDTHEIRPHOTOELECTRICPERFORMANCECandidate：WangKunSupervisor：Prof.SongShenhuaAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeci

3、ality：MaterialsScienceAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2017Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要染料敏化太阳能电池（DSSC）因其具有用料成本低廉、制造流程简单、光电转化效率相对较高等优点，近年来，成为研究的热点。二氧化钛作为其光阳极材料有很多优势，但二氧化钛过大的禁带宽度和较窄的波长吸收范围，还是为该技术的发展带来了很大的局限性。因此对二氧化钛进行适当的掺杂和改性，拓宽其光

4、吸收范围，有效提高其对太阳光的利用率非常重要。本文使用纯度99.99%的钛片以及铜钛合金通过电化学阳极氧化法制备二氧化钛纳米管以及铜掺杂二氧化钛纳米管，通过磁控溅射沉积少量纯钛或氧化亚铜的方法，改善其润湿性。本文选用甲基橙溶液进行二氧化钛纳米管的光催化实验，测试其光催化降解效率，并且通过光电流实验，测试了不同改性方案的纳米管光电流响应情况。研究了不同的退火时间、退火温度以及退火气氛对制备纳米管的影响。并测试不同退火条件下制备的纳米管光催化效率和光电流大小。利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外可见分光光度计、接触角测

5、试等手段对制备的纳米管进行了表征。结果表明，最佳的退火时间为2h、退火温度500℃；最佳退火气氛为氩气，在氨气和氮气中退火，会极大的降低纳米管的光催化效率和光电流大小；使用铜钛合金制备的纳米管润湿性极差，所测得的光催化效率和光电流大小很不理想，通过磁控溅射沉积纯钛的方法（采用溅射后阳极氧化和阳极氧化后溅射退火两种方法）对其进行润湿性改进，能极大的提高其光催化效率，在氙灯照射30min后，对甲基橙溶液降解率达到了60.10%，而纯钛片制得的纳米管样品只有4.14%，光电流相对未处理的纯钛和铜钛合金有了一定的提升。采用直流磁控溅射，探究氧化亚铜生成的最佳条件，结果表明

6、在直流溅射功率为76W，溅射压强1.3Pa，溅射气体比例22:1（Ar:O2）时可以制备出纯氧化亚铜。通过在铜掺杂二氧化钛纳米管上溅射氧化亚铜，可以在拓宽其光吸收范围的前提下一定程度改善润湿性，通过光催化降解甲基橙实验，发现其在氙灯照射30min后，降解率达到了44.13%，相比未处理的铜掺杂二氧化钛纳米管在氙灯照射30min后降解率为13.87%有了极大的提升。关键词：二氧化钛纳米管；掺杂；磁控溅射；接触角；光电流；光催化IAbstractAbstractWithuniquecombinationofeasyprocessing,lowmanufacturing

7、cost,andhighpowerconversionefficiency,thedye-sensitizedsolarcells(DSSC)haveattractedintensivescientificinterestsinrecentyears.TitaniumdioxidesmayworkastheopticalanodematerialsfortheDSSC,buttheirbandgapsaretoowidetoeffectivelyabsorbthemostpartofsunlightwhichlimitsthedevelopmentofthiste

8、chnol