题目：高效二氧化钛纳米管阵列光电催化制氢研究

 

 

        近期，TiO2纳米管阵列在光电转换领域发展迅速。由于具有高比表面积和利于电子传输的管状结构，TiO2纳米管被广泛应用于光电催化分解水制氢领域。TiO2纳米管阵列虽有众多优点，但仍然存在许多不足，例如结晶温度过高以及只在紫外光区与有光电响应。

        首先阳极氧化法制备的TiO2纳米管阵列是无定形的，并不具备光电活性，因此需要对其进行高温退火晶化。通常结晶TiO2纳米管的温度非常高（约400~500 oC）。为了降低结晶温度，我们采用热液固/气界面反应法对TiO2纳米管阵列进行低温结晶。固/气界面反应法可有效减轻TiO2纳米管在水热处理过程中的坍塌效应。通过光电化学测试研究发现，这种方法与在相同的温度和大气压下进行的热退火晶化法相比，TiO2纳米管的光电流密度提高了近10倍。此外，由于结晶程度和结构演变之间的协同效应导致水热反应的持续时间对TiO2纳米管阵列的光电化学活性有着至关重要的影响作用。在对通过水热法低温结晶的TiO2纳米管进行的光电测试过程中，加入一定量的给电子体可以进一步抑制光生电子/空穴的复合，并使光电流密度提高了近120%。

        此外，TiO2纳米管阵列只在紫外光区域有光电响应，因此将TiO2纳米管阵列与CdS纳米粒子复合，从而形成TiO2-CdS异质结构纳米管阵列，由此可将其光响应范围拓展到可见光区域。通常钛基板上的TiO2纳米管阵列只可以从光敏层（即TiO2-CdS层）对其进行光照。由于非透明的钛基板不能充分利用入射光，因此会限制其光电化学活性。所以，将TiO2纳米管阵列从非透明钛基底转移到透明基底上，以改善其光电化学性能的研究很有必要。本文中，我们描述了在透明导电玻璃（FTO）上利用CdS敏化TiO2纳米管阵列的制备方法。采用透明的FTO基底代替不透明的钛基底，从而实现了入射光可从基板一侧进行正光照明，并且在此条件下测试其光电催化分解水活性。我们通过控制TiO2纳米管长度和改变CdS沉积次数的方法对其进行光电活性优化，使得从FTO正侧（FS）照明与从TiO2背侧（BS）照明相比，其光电流密度提高了~ 21 %，我们从正光照射（FS）和背光照射（BS）两方面以及纳米管的长度和CdS沉积周期上对异质纳米管阵列的光电化学性能进行了详细的探讨。