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《哈尔滨工程大学》 2008年
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有序TiO_2薄膜材料制备及沉积CdS的研究

王江  
【摘要】: 有序纳米介孔材料具有规则连续可调的纳米级孔道结构,具有量子限制效应,小尺寸效应,表面效应,宏观量子隧道效应,以及介电限域效应,在石油化工、生物催化、光催化、环境保护、医药分离、微型电磁装置、光致发光材料、电极材料、信息储存等领域存在诱人的应用前景,引起国际物理学、化学及材料学界的高度关注,成为跨学科的研究热点之一。对于介孔材料,目前的发展主要集中在介孔材料的制备、功能化及其应用方面。其中有序的TiO_2介孔材料为在其孔道内负荷半导体,功能染料、贵金属、碳纳米管等异质组分以提高介孔TiO_2在光催化、亲水性等领域的效率提供了理想的宿主材料。 本文采用溶剂蒸发诱导自组装法,在不同条件下分别制备了蠕虫状介孔TiO_2和粒子规整排列的纳米TiO_2薄膜和粉体材料。利用TG-DSC、XRD、FT-IR、Raman、AFM、SEM、TEM等测试技术对所制备的样品进行了表征,发现蠕虫状介孔TiO_2经350℃焙烧后,模板被完全去除,而且为有序的蠕虫状介孔结构,晶相为锐钛矿;而粒子规整排列的纳米TiO_2经400℃焙烧后为粒子均匀排列的球状结构,晶相为锐钛矿。对不同焙烧温度的样品进行光催化降解罗丹明B的性能研究,发现400℃焙烧的蠕虫状介孔TiO_2和500℃焙烧的粒子规整排列的纳米TiO_2具有最高的光催化活性。通过测量不同焙烧温度下TiO_2薄膜的接触角,发现蠕虫状介孔TiO_2薄膜的亲水性优于粒子规整排列的纳米TiO_2薄膜,这与介孔TiO_2的多孔结构有关。经高压汞灯照射后二者亲水性均有显著提高,蠕虫状介孔TiO_2具有多孔结构和大的比表面积,经紫外光照射后产生了光诱导超亲水性。在蠕虫状介孔TiO_2薄膜电极上利用电沉积法沉积了CdS,通过测定ITO/TiO_2/CdS复合薄膜的光电流响应谱,判定CdS被沉积在了介孔TiO_2孔道及其表面上,而且其光电响应范围被拓宽至可见光区,光电流显著增强。通过测定薄膜的吸收光谱,发现ITO/TiO_2/CdS复合薄膜的吸收强度大大增加,且吸收显著红移,由此判定形成了TiO_2-CdS异质结,从而使可激发光波长拓展到可见光部分,提高了对太阳光的利用率。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TB383.2

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