TiO2纳米管阵列复合电极的制备

学科代码：480．60 CdS／Ti02纳米管阵列复合电极的 (白晶1，郑青，刘艳彪，周保学，蔡伟民) 论文编号：2-01 制各 上海交通大学环境科学与工程学院上海200240 摘要：通过阳极氧化的方法制备出高度有序的Ti02纳米管阵列，然后通过化学沉积的方法将CdS沉积在 Ti02纳米管表面形成复合电极。通过场发射扫描电镜(FESEM)和透射电镜(TEM) 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了电极的表面形 貌，在纳米管表面覆盖了一层5．10nnl的CdS纳米管颗粒。紫外可见光谱表明复合电极对可见光的吸收有 明显的增强，并且光电化学测试也显示在AM1．5的可见光的照射下光电流比未复合的电极拥有更大的光 电流。 FabricationofCdS／Ti02nanotubearrayscomposite photoelectrodeforhydrogenproduction JingBai，QingZheng，YanbiaoLiu，BaoxueZhou，WeiminCai (SchoolofEnvironmentalScience姒dEngine盯in昏Sh口nghniJi∞TongUniverS吼Shnnghni200240,PeDpte．S RepublicofChina) Abstract：ACdS／Ti02compositephotoelectrodeconsistingofhighly—orderedTi02nanotube arrayswithaunifo衄CdSsheathwasfabricatedbyanodizationandchemicalbathdeposition． Investigationviafieldemissionscanningelectronmicroscopy(FESEM)andtransmissionelectron microscopy(TEM)showedthatananoparticulateCdSlayer，comprisedof5．10nlTldiameter nanoparticles，ontheanodicsysthesizednanotubewasformed．UV．visabsorptionspectraand photoelectrochemicalmeasurementapprovedthattheCdScoatingenhancedthevisiblespectrum absorptionoftheTi02nanotubearray．aswellastheirsolar—spectruminducedphotocurrents UndervisiblelightAM1．5illumination(1OOmW／cm2)． 1作者简介：白晶(1982．)，男，Emaihsxbjsh@sjtu．edu．cn 141 祚过上的儿卜J寸II一，利川纳米结构的 ．乍【化键进行光俳化的成川得到』’广泛的 关旺和研『，￡”“⋯。虽然过去对．。钒化铁纳米 植J’的应州研宄取褂了很大的进步．伊址由圭 近通过阳极轧化技术制蔷的一钮化蚀纳米 件则缸小出蜓优_芹的性能4H“。川传统的纳 米粒子结构棚比，纳米管结构且有曲方面明 辐的结构优势。首先，枉光电lI}!化过程一h 蜃随生长的毓化钛纳米管能够自效地促 进IU茼分离，另-I是纳米管t，导屯性优异 的钛台描摹底接触。遮衅优势使得一氧化钛 纳米管可以在^阳能电池、水分解、氧7e传 感器等应用方耐作为优异的光屯极‘7H2”，但 足，⋯于Ti02带隙较人(32eV)只能被波 长小十380am的紫蚪光激发，所以纯氧化 钍对町见光的荆崩H秆01％，上社柯教地利 用可见光。H前冉许多方法n，“促进氧化 钛对町见光的啦收，如染料艟化，过应食幅 离J’掺杂锋㈣I“I。 一种有效的提高氧化钵刘可见光吸 收嫂率的方法就是负载具奇低__{__隙的1：导 体物质。CdS由J具有较低的帝隙(2．5eV)， c4以被”r见光濑救，所以常被用作敏化物。 尚光照射cdsm02复台物时，光生电rc4以 从Cd$转移到t10，，川时光牛空穴俅帘在 CdS粒rJ：e返4：仅可以使电子和窄穴存存 r小间的物质上，降低了它们的复合机牢， 向乩扩展r．氧化钛对可址光的响应范围 『-91t[211 本文研究了在有机电解质制备fl}高度 柏序的。氧化钍纳米莆后，川化学沉$：的方 法将cdS纳术耗子负载到纳米管r．黜后刊 这种复合结构的纳米管阵列的形貌和品格 结#』进行了袁征，并对H在模拟太刚光F的 光电性能进行了初步研究， 1实验过程 1．1制备Tj仉纳米管 本研究使用纯度为999％的钛片米制备 ～氧化钛纳米管。在制备前，先将钛片用内 酮超声清洗，然后用去离了水冲洗几次．置 于宅气一f·下燥。将钍，{作为阳极，铂电极作 为阴极，共置J。含有二甲摹业混(DMSO) 电解质的反应槽中，施自[140V的电压反应30 小时褂剑二，钒化车^纳水许阵别。制备好的纳 米管阵硎枉500℃下艟烧纠、时后I4I然冷击|_。 1,2制备CdS／Ti02复合纳米督阵列 轼化钛纳米竹谨八含f{o2M硫化镉 的{{；f液cl-5分t+后，取¨：州上离r水pl，洗5．6 次，然后F}浸^到硫化钠溶液中定时间。 这个吐籽匿夏进行3-s次，使得CdS纳米粒f 可以均匀的{塞盖n：．年【化钵纳米管管擘1．。 蛀终，样品颜色变成了潍黄色。 1．3复合纳米管阵列的表征和光电性能研 究 奉立利用了场垃制扫描电镜(FESEM FEI—Sirion200)利透射电子显微镜(TEM JEM．2010)对二瓴化铁纳米许形貌进钉r研 究，通过x射线衍射光谱分析了其品格结构。 样品的紫外可见光谱通过光谱仪进行r测 定。 所有的光电化学删一L在 个 电楹耵英 反上正嚣lI进行，止纳米箭兜阳极，铂对电极 {I]Ag／AgCI参比电械构成。100W氙¨作为外 部光{!{【。J二作屯擞电位和-U流¨1电化学『I作 站控制。 2结粜和讨论 2I表征Ti02fq]CdSHi02复台纳米管阵列 图1=氧化钍纳米管阵列扫描电镜照片 FIg1 TopFESEMview(H，ce)andcrossgection images(bd0ofagpreparedTiO，na口otubeand CdS／TiO：nanotube 圈2a．2d显示r在DMSO电解质中，施加 40v偏压阳极氧化30d,时后制各帕二氧化钛 纳米管阵列的电镜照片。纳米管省长为 7um，管径为170nm。从刚2冲可以明显地 观察到厩直牛K帕纳米管在表而部分垃牛 丁弯曲并形成了一此裂瘦．这町能足由于髓 着管K的增加竹内的压力逐渐增人导披的 结果”】。在煅烧后的纳米骨阵删t利用化学 0C穗的矗法0(枞层CdS纳米丰《!r，从而制 各出rCdSfrl02复合纳米管阵列。图2e．2f 显示了这种复合纳米管的表叫形貌。从图巾 町以看到，CdS纳米粒于小仅覆盖r纳米管 的外肇而且^衔内也有覆盖}。_用电化学方 法0C#}的盯法得到的复弁纳米符阵列川比， 化学沉移!使得CdS纳米粒F在一氧化钛纳米 管农【⋯分靠的更加均匀。 图3_氧化钛纳米管阵列x射线衍射谱 、 Fig4X-nydiff”clionpaltersofTi02mnotubc 、h anaysandCdS』|I102fiaNotukaffays 圈2一氧化钛纳米管阵列透射电镜照片和 X射线能谱 Fig2TEMimagcsofTJo^nanolube(aJand cdSⅡ102flaMOlUbcandEnergydispe^ivex-¨v ”ec"um 为了进一步分析纳米管的结构，图3娃小 r纳米臀阵列的透射电镜照，}。从蚓3a中n， 以看到，纳米管内往为】30nm忘右．竹壁厚 度为20am。从罔3b和3c中可“看到，由 5-】0nm的CdS纳米粒F构成的CdSi)浓层L 外存纳米管表面J＆成。通过EDX分机，可咀 得到备冗索的禽最分制为¨(2398％1．O (6390％)，S(6．6I％)，柙Cdf572％)。 罔3娃4ir．氧化铣纳米管和复台纳米 竹tt{jXRD衔射圈。图-l一可以柑到cds和悦钵 矿Ti02的特征衍射峰，分川为CdS(2牡27。 44。and520】礼Ti02(2牡250．4驴and54。l。 存此H中，专煅烧湍度为500J蔓叫，除，丝 底蚀的衍射峰和锐铣矿刊02衍射峰外，品“ 石午HTi02,衔射峰并没冉Ⅲ现。 圈4二氧化钍纳米管阵列紫外可见吸收光 谱 Fig5 Absorptionspectraoff¨CdS／Ti02nanor__bc array$andIb)TiO?nanoIuhaⅡays 阿4足不的是纯一氧化钛纳水管和复 合纳米管的紫外H见光谱H。州中aJ见，纯 Ti02纳米管帕啦收边礼380nm处，向复台 纳米带山550nm。与纯Ti02纳米管射1比， 复台纳米管n 400—500nm波妊处⋯现了 个吸收平台．这表明复台纳米静可以被可见 Jt融控．从10J获得蜓高的光电转化做率。 z2光电化学实验 图5二氧化钛纳米管阵列线形伏安曲线 Fig．5PhotocurrentdensityVSappliedpotentialfor(a) theCdS／Ti02nanotubearraysand(b)theTi02 nanotubearraysilluminatedby100mW／cm2xenon lamp． 图5显示的是在模拟太阳光照射下，稍描 速率为0．05V／s的条件下得到的纳米管电极 的线形伏安曲线。从图中可以看到，无论纯 纳米管还是复合纳米管他们的光电流都会 随着偏电压的增加而增大直到达到饱和电 流，但是与纯纳米管的饱和电流值相比，复 合纳米管的最大电流值从0．46mA／cm2上升 到了3．48mA／cm2。相对应的光电转化效率显 示在内图中。光电转化效率由以下公式计算 [221。 r／(％)=[(Totalpoweroutput—electrical poweroutput) ’。 ／lightpowerinput]×100 =昴【(1．23一l历棚／埘×100 公式中．，p是光电流密度(mA／cm2)， 矗I厶ppJ是电能输入而厶是光能强度(mA／cm2)。 偏电压厶pp=Eme。一Ea。。，E矗。在光照情况下工 作电极的电极电位，历。是在开路情况下的 电极电位。复合纳米管的最大转化效率为 1．98％，而纯纳米管的转化效率仅为0．16％。 结果表明CdS纳米粒子层的存在使得Ti02 纳米管阵列增强了对可见光的相应。 3结论 。 本文通过阳极氧化的方法制备出了高 度有序的纳米管阵列，此后利用化学沉积的 方法得到了CdS／Ti02复合纳米管阵列。使 144 用FESEM，EDX，XRD和紫外可见光谱对 此纳米管进行了结构和化学属性分析。结果 表明复合纳米管能有效提高对可见光的转 化效率，对可见光的利用具有重要的意义。 参考文献(References) 【l】Sanz＆JensenJ，JohanssonA，Skupinski M，PossnertG’BomanM，Hemandez—V6lezM， VazquezMandHjortK2007Nanoteclmology 18305303 【2】KwongCYChoyWCH，DjurisUi6AB ChuiPC，ChengKWjChanWK2004 Nanotechnology15 l156 [3】ZuruziAS，WardMSandMacDonaldN C2005Nanotechnology1 61029 [4】GongD．，GrimesCA，VargheseOK，HuW， 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