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半导体材料的电沉积制备及其光电性能研究

陈科立  
【摘要】:近年来,半导体材料由于其特殊的物理化学性质以及在光吸收方面的优越性,而越来越多地用于太阳能的利用方面,特别是在太阳能电池、光催化分解水以及光催化分解有机污染物等方面。CuI和AgI都是宽禁带半导体,并且它们都可以作为超离子导体广泛应用于能源和固体离子器件等方而。Ag3PO4半导体最近刚刚被发现具有出色的光催化性能。作为一种宽禁带半导体,Ti02经常应用于光催化方面,Ti02纳米管阵列的性能尤其出色。现在,人们越来越多地把Ti02纳米管阵列进行掺杂和修饰,来提高其性能。 与其他制备方法相比,电沉积具有低温、低成本、过程可控等优点。电沉积也已经越来越多地应用于高质量半导体材料的制备当中。本文采用电沉积方法制备出了CuⅠ、AgⅠ、Ag3PO4以及TiO2/Ag3PO4复合纳米管阵列材料,并对其结构、形貌和光性能方面进行了研究。论文研究内容分四部分: (1)PVP辅助电沉积高温相β-CuⅠ及其性能研究。之前,CuI已经通过电沉积的方法成功制备出来。众所周知,PVP(聚乙烯吡咯烷酮)经常作为表面活性剂和稳定剂应用于金属及其化合物的制备中。PVP不仅能改变所制备晶体的形貌,还能改变其物相结构。本文用PVP辅助进行电沉积制备CuI,不但得到了不同形貌的CuI晶体,还得到了高温相β-CuⅠ,并且随着PVP量的增加β-CuⅠ的含量也越来越高。 (2)室温电沉积制备取向性AgI。本文以Ag(Ⅰ)-EDTA-KI体系为电解液,电沉积制备出了取向性较好的AgI晶体。另外,实验也考察了电沉积过程中电位对AgI晶体的影响。结果证明在低电位下,得到的AgI晶体多为六棱柱状结构;较高电位下得到的多为无明显形貌的纳米粒子。通过XRD结果可知得到的AgI为Y和p的混合相,用Rietveld对混合相进行分析精修得到的结果表明,电沉积得到的AgI的β/γ的比例约为44/56。 (3)室温电沉积Ag3PO4及其性能表征。用氨水做络合剂,采用一步电沉积法制备得到了具有明显形貌的Ag3PO4晶体。该实验是通过电化学方法电解水产生酸的方式,使得银离子从络合物中游离出来并与磷酸根结合生成Ag3PO4。实验中,我们也探讨了沉积温度和电位对晶体的影响。最后经过表征证实,Ag3PO4具有很好的光催化性能。 (4) TiO2/Ag3PO4复合纳米管阵列的制备及其性能表征。通过将Ti0:和Ag3PO4复合制得TiO2/Ag3PO4复合纳米管阵列材料,其光催化性能大大提高。实验中,我们首先采用超声辅助阳极氧化法制得TiO2纳米管阵列。然后,用超声辅助在TiO2纳米管阵列上电沉积Ag3PO4,制成了TiO2/Ag3PO4复合纳米管阵列材料。经过表征发现,TiO2/Ag3PO4复合纳米管阵列材料具有更好的光催化性能。


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