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近年来,能源危机和环境污染已经成为全球性问题,人们对可再生能源的发展及应用寄予厚望。设计和利用半导体器件将清洁的太阳能转化为电能、氢能等成为解决能源和环境问题的突破口。二氧化钛(TiO2)作为一种宽禁带半导体,具有廉价无毒、化学性质稳定、光催化活性高等优点,在能源、环境及生物领域有广泛的应用。而具有一维结构的TiO2纳米棒阵列,相比传统的TiO2纳米颗粒,在比表面积、电子传输、回收再利用等方面优势凸显,受到了广泛关注。在一维TiO2纳米棒的基础上构建纳米异质结构,一方面可以显著增强TiO2对太阳光的吸收,另一方面可以加速电子的传输效率,从而提高TiO2的光电化学性能。本文中利用传统的水热法,在氟掺杂氧化锡(FTO)导电衬底上生长了高度有序的TiO2纳米棒阵列,并通过第二次水热过程,在TiO2纳米棒的表面构建纳米异质结构,研究并探讨纳米异质结的形成对TiO2光电化学(PEC)性能的影响。具体研究内容如下:通过两步水热法,在FTO衬底上生长分形结构的TiO2纳米树异质结。TiO2纳米树是枝干结构,主干为金红石相TiO2纳米棒,主干上的分支为锐钛矿相TiO2纳米薄片。利用简单的连续离子层吸附反应(SILAR)分别在TiO2纳米棒和TiO2纳米树的表面沉积CdS/ZnS量子点(CdS/ZnSQDs),利于比较它们不同结构对PEC性能的影响。样品的形貌、结构、光学特性及光电化学性能得到了详细的表征及研究。结果表明,在敏化Cd/ZnSQDs后,TiO2纳米树光阳极相比于TiO2纳米棒光阳板表现出了更优异的PEC性能。其中,敏化后的TiO2纳米树光阳极的光电流密度为0.29 mA/cm2,几乎是敏化后的TiO2纳米棒的2倍(0.15 mA/cm2)。在线性扫描伏安(LSV)的测试中,敏化后的TiO2纳米树光阳极在偏压1 V时的光电流密度1.5 mA/cm2,是敏化后的TiO2纳米棒的1.5倍(1.0 mA/cm2)。分形结构的Ti02纳米树相比于TiO2纳米棒具有更大的比表面积,一方面增强了对光的吸收,另一方面可负载更多的量子点。并且TiO2纳米树的枝干交界处形成了金红石/锐钛矿的异质结,有利于电荷的有效分离和传输。因此,分形TiO2纳米树异质结构在高效率的光电能源装置的应用方面具有很大的潜力。通过两步水热法,在FTO衬底上生长了 MoS2纳米薄片敏化的TiO2纳米棒阵列。通过改变MoS2单源前驱体的浓度,制备出了不同MoS2含量的MoS2/TiO2样品。随着浓度的增加,MoS2的形貌表现出由纳米薄片(MNP)到纳米球(MNS)的转变。MNP的负载大大增加了 TiO2纳米棒的比表面积,其固有窄带隙,将TiO2纳米棒对太阳光的吸收范围拓宽至可见光区域,且MNP边缘具有很多缺陷,有利于光催化反应的进行。结果表明,最优的MoS2/TiO2电极展示出了最高的光电流密度(0.293mA/cm2)以及最大的的光催化降解罗丹明B(RhB)速率常数(9.21×10-3/min),分别是普通TiO2电极的9和2.4倍。说明,MoS2与TiO2的接触界面和异质结可以加速电荷转移,抑制电子-空穴对(e--h+)的复合,从而提高了光电化学和光催化性能。因此,MoS2/Ti02异质结构在光分解水和太阳能电池方面具有潜在的应用。