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TiO_2薄膜的制备及TiO_2/Ni(OH)_2电极光电化学性能的研究

王磊  
【摘要】: 在总结研究前人工作的基础上,本文提出一种改进型的TiO_2/Ni(OH)_2光充电电极材料的制备方法。本工作直接采用金属钛作为基底,不经过高温退火处理等步骤,采用阳极氧化法直接制备得到金红石型TiO_2,实验条件温和,制备方法简便、易操作。制备的TiO_2/Ni(OH)_2光充电电极材料中,TiO_2与Ni(OH)_2结合紧密,有利于电子的传导。在制备材料的基础上,本工作还对采用不同工艺所制备的TiO_2催化剂、TiO_2/Ni(OH)_2电极材料的表面结构、光电化学性能和光电催化活性进行了研究。 首先,利用恒流阳极氧化法,制备出在不同电流条件下的TiO_2催化剂,并且通过电化学沉积法将Ni(OH)_2沉积到TiO_2表面,从而得到TiO_2/Ni(OH)_2复合电极。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM),紫外-可见吸收光谱(UV-visAbsorption Spectra)等测试手段对TiO_2和TiO_2/Ni(OH)_2复合电极的性能进行了表征测试。在暗态和光照态下的循环伏安对比实验证明,催化剂及复合电极对光响应灵敏。对比结果表明:随着阳极氧化电流的增大,所制得的TiO_2最大吸收波长红移,光电流、光电压响应增加,但是当阳极氧化电流超过0.15 A时,制备的TiO_2/Ni(OH)_2复合电极的光响应减弱、光催化效率降低。此外,TiO_2的光催化效率越高,则所对应的TiO_2/Ni(OH)_2复合电极的,光能量储存性能越好,光致变色现象越明显。 其次,采用恒压阳极氧化法制备了具有管状结构的TiO_2催化剂。SEM结果显示,实验制备的TiO_2纳米管具有空心管状结构,管径分布在100~200 nm之间。利用电化学沉积法可将Ni(OH)_2填充到TiO_2纳米管中,得到TiO_2纳米管/Ni(OH)_2复合电极。制得的TiO_2纳米管/Ni(OH)_2复合电极具有明显的光致变色特性,其颜色随光照时间、光照强度的增加而加深;暗态和光照态下的循环伏安对比实验证明,复合电极对光响应灵敏。


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