TIO_2复合ATO三维大孔有序阵列结构：可控制备及光电化学性能研究

【摘要】：随着人类生存发展,能源危机日渐严峻,探寻环保的新型能源刻不容缓。TiO_2半导体是很常见的光催化剂,在光电化学领域有着广泛应用,TiO_2本身光稳定性好,带隙位置符合光催化分解水的要求,但由于本身带隙过大(3.2 eV)、收集电子能力不强、对可见光几乎不吸收等原因严重制约了其在光电化学方向的应用,因此,对纳米TiO_2进行优化改性是重要的研究工作,基于TiO_2半导体本身的缺陷,结合现有的半导体改性技术,本文制备了Sb掺杂SnO_2的三维ATO反蛋白石导电骨架并利用其对TiO_2进行复合改性,再引入Au颗粒进行进一步改性优化,研究了改性后复合结构的光电化学性能,主要内容如下:(1)使用FTO导电玻璃为基底,采用垂直沉降自组装、溶胶-凝胶法制备了三维ATO反蛋白石结构,再通过化学浴沉积法制备了3D ATO IO/TiO_2复合结构材料,表征分析显示复合材料具有3D大孔结构,厚度大约3.4μm,纳米TiO_2棒密集均匀地生长在ATO IO导电骨架周围,制备的改性材料光电化学性能得到了很好的提升,测试表明前驱体溶液浓度和反应时间都会对材料形貌产生影响,进而影响复合材料光催化性能,实验结果显示,当前驱体TiCl_4溶液浓度为0.05 mol/L、反应时间为3 h时得到的复合材料性能最佳,E vs.RHE为1.23V时光电流密度最高值为1.48 mA/cm~2。(2)在3D ATO IO/TiO_2复合结构的基础上沉积Au纳米颗粒制备成3D ATO IO/TiO_2/Au复合结构,表征显示Au纳米颗粒沉积在TiO_2纳米棒周围,直径约5 nm左右,光电流测试分析显示,沉积Au颗粒之后的复合材料阻抗值减小、载流子密度增大,材料光电性质有很明显的升高,在同样E vs.RHE为1.23V时光电流密度最高值为2.4 mA/cm~2。