实验条件对二氧化钛纳米棒形貌和光电流密度的影响(英文)

采用简单的水热合成法,以四异丙醇钛为钛源,制备出整齐有序的二氧化钛纳米棒阵列。探索了钛源浓度、反应液酸度、反应时间、温度等实验条件对纳米棒的形貌和光电流密度的影响。实验结果表明:钛源浓度和反应液酸度对纳米棒的生长有非常大的影响,最佳反应液的组分为10 mL去离子水、10 mL盐酸和0.4mL钛源。另外,随着反应时间的增加,纳米棒的长度会明显的增加,但纳米棒的直径和光电流密度却变化不大。同时,纳米棒的长度也随着反应温度的增高而增加,其光电流密度随之呈现先增大后减小的趋势,但其直径没有明显改变。

具有阵列-簇双层结构的TiO_2纳米棒的光电性能(英文)

选择硫酸氧钛(TiOSO4)作为无机钛源前驱体,通过温和的水热法在掺氟氧化锡导电玻璃基底(FTO)上直接合成单晶金红石相TiO2纳米棒薄膜,呈现阵列-簇双层结构。在模拟太阳光照射下,该纳米棒薄膜的短路电流可达到0.17 mA/cm2,是相同条件下由四异丙醇钛[Ti(iPro)4]为有机钛源而制备的TiO2纳米棒薄膜的2倍多。实验结果表明,多维层状结构和无机硫酸氧根离子(OSO4-4)的存在对TiO2纳米棒薄膜的光电流响应有促进作用。

CuO和CuS量子点修饰单晶TiO_2纳米棒阵列及光电转化性能表征

通过浸渍沉积法,对TiO2纳米棒阵列进行了CuO和CuS量子点修饰。通过场发射扫描电镜可以清楚观察到量子点均匀分散于TiO2纳米棒表面,粒子尺寸随反应物中Cu2+的浓度增加而增大,且CuS比CuO尺寸大,颗粒间团聚严重。修饰前后TiO2的晶相组成没有发生明显变化,均为正方金红石相,含铜量子点的结晶相也未出现。在模拟太阳光辐射下,少量的CuO和CuS量子点沉积都能显著提高复合体系的光电响应,最高短路光电流密度分别约为空白TiO2的5倍和3.5倍,说明表面量子点敏化提高了光致电荷分离与转移效率。过量的CuO和CuS沉积会导致粒子尺寸的增大和团聚,不利于和TiO2之间的电荷转移,光电流随之降低。另外,CuO敏化TiO2的光电转化性能和稳定性都要优于CuS,推测这是由于CuS粒子大,易团聚,并且在光照下容易得电子形成更加稳定的Cu2S所致。

氮掺杂二氧化钛纳米棒阵列的制备和光电转化性能表征

以氨水为氮源,在掺杂氟的SnO2导电玻璃(SnO2:F,FTO)基底上通过水热法生长出氮掺杂单晶金红石相TiO2纳米棒阵列。XPS检测证明,底物中只有很少量的氮元素能进入到TiO2中,并以O—Ti—N形态存在。随着氮掺杂浓度的升高,TiO2纳米棒长度增加,(002)晶面相对于未掺杂TiO2生长迅速。样品的吸收光谱未发生明显变化,说明半导体的禁带宽度(或能隙大小)没有受到氮掺杂的影响。在光电转化中,体系在模拟太阳光辐射下的光电流响应和外量子效率都有大幅改善,最高值分别达到0.15mA/cm2和3.1%,均为空白TiO2的3.8倍。然而,氮浓度的继续增加会导致TiO2纳米棒团聚,促使光致电荷在传输过程中发生复合现象;过量的氨水还会与底物直接发生水解反应,不利于基底上纳米棒的生长。所以,适量浓度的氮掺杂TiO2纳米棒阵列是一种具有发展前景的太阳能电池材料。