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太阳能的利用是解决当前能源危机和环境问题的一条重要途径。光电化学技术可以直接利用太阳光作为驱动力,可以在室温下进行深度反应,因而成为一种理想的环境污染治理技术和洁净能源生产技术。作为一种重要的光电化学技术材料,TiO2纳米材料具有独特的光电化学性能、优异的热稳定性、无毒无害及制作简便等,在污染物的降解处理方面和太阳能直接利用方面都有很好的应用前景。然而,TiO2本身也存在诸多缺陷,比如:禁带宽度大,光谱响应范围窄,产生的电子—空穴对极易复合,这些不足大大限制了TiO2纳米材料的应用。 为了克服TiO2纳米材料自身的不足,本论文通过掺杂CeO2、Cu3Se2及FeS纳米材料制备了TiO2薄膜复合,讨论了所得复合薄膜的形成过程及影响因素,采用扫描电镜(SEM)、投射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外—可见光谱(UV-vis)、荧光(PL)等技术表征了复合薄膜的组成和结构,研究了复合薄膜的光电转换性能和光催化活性。 主要研究内容如下: 1.CeO2/TiO2纳米复合薄膜的制备及光电性质 采用溶胶-凝胶法以浸渍提拉的方式在载玻片上制备了单一(TiO2、CeO2)及界面复合CeO2/TiO2、TiO2/CeO2纳米薄膜,用XRD、SEM、UV-vis等技术对其结构和性质进行了表征。以亚甲基蓝和甲基橙的光催化反应为试验反应,对所制得的薄膜进行光催化活性分析。考察了单一样品厚度、复合样品叠加顺序及各层厚度对光催化活性的影响。催化活性分析结果表明,单一样品的薄膜厚度有一个最佳值;复合样品的催化活性高于单一样品,并且复合的顺序很重要,只有以CeO2在底而TiO2在上的方式复合,在界面处才能发生电子由TiO2向CeO2的迁移,电荷分离效率提高,从而使光催化活性增强。同时对CeO2/TiO2薄膜和TiO2薄膜进行了光电转化性质研究。 2. TiO2/HS-CH2-COOH/Cu3Se2纳米复合薄膜的制备及光电性质 采用溶胶-凝胶法以浸渍提拉的方式首先在导电玻璃上制备了TiO2薄膜,然后用巯基乙酸作为双功能连接剂把制备的Cu3Se2纳米粒子修饰到TiO2薄膜上,用XRD、SEM、UV-vis、PL等技术对其进行了表征。光电化学测试结果表明,相对于TiO2薄膜和TiO2/Cu3Se2薄膜,TiO2/L/Cu3Se2薄膜的光响应范围明显拓宽,开路电压和光电流大大增加。 3. TiO2/FeS纳米复合薄膜的制备及光电性质 采用溶胶-凝胶法以浸渍提拉的方式在导电玻璃上制备了TiO2薄膜,把制备的FeS纳米粒子敏化到TiO2薄膜上,用XRD、SEM、TEM、UV-vis等技术对其进行了表征。光电化学测试结果表明,相对于TiO2薄膜,TiO2/FeS薄膜的光响应范围明显拓宽,开路电压和光电流大大增加。