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TiO_2/CdS复合纳米结构的制备与性能研究

孟海丽  
【摘要】:TiO_2具有催化活性高、化学稳定性好、无毒、廉价等特点,被广泛应用于再生能源以及环境保护等领域。但是只有波长等于或小于387nm的紫外光能被TiO_2吸收,极大地限制了太阳光的有效利用。其中,选择一种能级匹配的窄禁带半导体CdS与TiO_2复合是提高TiO_2在可见光范围的光电性能常用且有效的方法。其中,CdS与TiO_2复合材料的两个非常重要的应用领域是光催化和太阳能电池。本文将从这两个方面分别探索制备CdS复合TiO_2功能纳米材料并对其性能进行表征。 1、以SiO_2为模板,通过一种简单的方法制备TiO_2@CdS和CdS@TiO_2双壳空心球并研究其光催化性能。其中为了制备光催性能良好的CdS敏化TiO_2双壳空心球,首先采用溶胶凝胶法制备了壳层致密稳定,分散性良好的锐钛矿相TiO_2空心球并系统研究了不同后续热处理温度对TiO_2空心球的晶型、形貌以及光催化性能的影响。其次采用超声辅助法制备了壳层致密稳定,分散性和光催化性能良好的闪锌矿相CdS空心球,并讨论了CdS壳层的形成机制及氨水添加量对其的形成的影响。最后在掌握了CdS和TiO_2空心球的制备方法的基础之上制备直径约为540nm的TiO_2@CdS和CdS@TiO_2双壳空心球并比较两者的光催化性能。结果表明:两种空心球结晶良好,壳层致密稳定,分散性良好。通过CdS与TiO_2的复合,极大地扩展了TiO_2在可见光区的吸光范围。光催化罗丹明B的实验结果表明TiO_2@CdS双壳空心球比CdS@TiO_2双壳空心球,TiO_2空心球及CdS空心球展现出更好的光催化活性。 2、CdS_xSe_(1-x)量子点敏化TiO_2太阳能电池的制备与表征。采用无注入化学胶体合成法制备了单分散性良好,能带可调的CdS_xSe_(1-x)量子点并研究了CdS_xSe_(1-x)量子点敏化TiO_2太阳能电池的光电性能。结果表明:随着S、Se的成分比的逐渐变化从CdSe、CdS_(0.25)Se_(0.75)、CdS_(0.5)Se_(0.5)、CdS_(0.75)Se_(0.25)至CdS的吸收峰逐渐蓝移,禁带宽度逐渐增大。CdS_xSe_(1-x)量子点敏化TiO_2太阳能电池的测试结果表明随着硫的量的增加其光电流效率逐渐增大,短路电流逐渐减小。


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