苯封四聚苯胺/TiO2/ITO薄膜电极光致界面电荷转移

采用水解胶溶法和旋转涂膜法分别制备出TiO2纳米粒子溶胶和TiO2/ITO薄膜, 采用浸泡法制备出苯封四聚苯胺(聚苯胺)/TiO2/ITO薄膜电极. 利用表面光电压谱、光致循环伏安和光电流作用谱测定了TiO2的禁带宽度和表面态能级、聚苯胺的 HOMO-LUMO能级宽度和双极化子能级, 确定了聚苯胺/TiO2/ITO薄膜电极能带结构. 进一步分析了聚苯胺/TiO2/ITO薄膜电极的光电转换特性及光致界面电荷转移的机理.     

Rup_2P表面敏化TiO_2基复合薄膜光致界面电荷转移

采用离子束溅射技术制备出TiO2/ITO、Zn2+掺杂的TiO2(TiO2-Zn)/ITO和TiO2/ZnO/ITO薄膜,采用表面敏化技术和旋转涂膜法,制备出(1,10-邻菲咯啉)2-2-(2-吡啶基)苯咪唑钌混配配合物(Rup2P)表面敏化的TiO2基复合薄膜Rup2P/TiO2/ITO、Rup2P/TiO2-Zn/ITO和Rup2P/TiO2/ZnO/ITO.表面光电压谱(SPS)结果发现:敏化后的TiO2基薄膜在可见区(400-600nm)产生SPS响应;TiO2基薄膜的能带结构不同,其在400-600nm和350nm处的SPS响应的峰高比不同.利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS),测定TiO2基薄膜和表面敏化TiO2基复合薄膜各种物理参数,并确定其能带结构.分析可知,表面敏化TiO2基复合薄膜在400-600nm的SPS响应峰主要源于Rup2P分子的中心离子Ru4d能级到配体1,10-邻菲咯啉π*1和2-(2-吡啶基)苯咪唑π*2能级的跃迁;TiO2中Zn2+掺杂能级有利于Ru4d能级到配体π*1和π*2跃迁的光生电子向TiO2-Zn导带的注入;TiO2/ZnO异质结构有利于光生电子向ITO表面的转移,从而导致可见光(400-600nm)SPS响应增强以及光电转换效率的提高.     

苯封四聚苯胺/TiO2/ITO薄膜电极光致界面电荷转移

采用水解胶溶法和旋转涂膜法分别制备出TiO2纳米粒子溶胶和TiO2／ITO薄膜,采用浸泡法制备出苯封四聚苯胺（聚苯胺）／TiO2／ITO薄膜电极．利用表面光电压谱、光致循环伏安和光电流作用谱测定了TiO2的禁带宽度和表面态能级、聚苯胺的HOMO-LUMO能级宽度和双极化子能级,确定了聚苯胺／TiO2／ITO薄膜电极能带结构,进一步分析了聚苯胺／TiO2／ITO薄膜电极的光电转换特性及光致界面电荷转移的机理。     

表面敏化TiO2基复合薄膜的能带结构与光致电荷转移的研究

采用离子束溅射方法制备出TiO₂/ITO, Zr^4＋掺杂的TiO₂(TiO₂-Zr)/ITO和ZrO₂/TiO₂/ITO复合薄膜. 利用表面敏化方法制备出(1,10-邻菲咯啉)₂(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉钌混配配合物[Rup₂O](p＝1,10-邻菲咯啉, O＝(3,4,5-三氟苯基)咪唑并[5,6-f]邻菲咯啉)/TiO₂/ITO, Rup₂O/TiO₂-Zr/ITO和Rup₂O/ZrO₂/TiO₂/ITO表面敏化TiO₂基复合薄膜. 表面光电压谱(SPS)表明, 表面敏化TiO₂基复合薄膜在400～600和350 nm产生的SPS响应峰的峰高比与TiO₂基复合薄膜的结构密切相关. 利用电场诱导表面光电压谱(EFISPS)确定了复合薄膜的能带结构, 其结果分析表明, 400～600 nm的SPS响应峰主要源于Rup₂O分子的中心离子Ru 4d能级到配体邻菲咯啉p₁^*和配体咪唑并邻菲咯啉p₂^*跃迁|TiO₂禁带内Zr^4＋掺杂能级的存在减小了光生载流子的复合, 增加导带光生电子的数量|ZrO₂/TiO₂异质结构的存在有利于光生电子向ITO表面的转移, 从而导致400～600 nm和350 nm SPS响应峰的峰高比的增加, 意味着光致电荷转移效率的提高.     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩多孔膜电极光电性能研究

用光电流作用谱、光电流-电势图等光电化学方法研究了ITO/聚3-己基噻吩(ITO/ P3HT)膜和纳米结构TiO2/聚3-己基噻吩(TiO2/P3HT)复合膜的光电转换性质. 结果表明, P3HT膜的禁带宽度为1.89 eV, 价带位置为－5.4 eV. 在ITO/TiO2/ P3HT复合膜电极中存在p-n异质结, 在一定条件下异质结的存在有利于光生电子-空穴对的分离. P3HT修饰ITO/TiO2电极可使光电流发生明显的红移, 从而提高了宽禁带半导体的光电转换效率.     

不同导电基底对TiO2薄膜光致亲水性的影响

分别在导电铝合金片(Al)和具有阳极氧化铝层的非导电铝片(AAO/Al), 以及铟锡氧化物导电玻璃(ITO/glass)和普通非导电玻璃(glass)表面通过提拉法制备出TiO2/Al和TiO2/AAO/Al, 以及TiO2/ITO/glass和TiO2/glass两组TiO2薄膜样品, 通过测试紫外光照下水滴接触角的变化考察TiO2薄膜的光致亲水性. 结果表明, 相对于TiO2/Al2O3/Al, 基底导电的TiO2/Al表现出较好的光致亲水性能; 而相对于TiO2/glass, 基底导电的TiO2/ITO/glass表现出较差的光致亲水性能. 分析认为, Al和ITO两导电基底和TiO2薄膜间的不同电子转移方向影响TiO2薄膜的光致亲水性能, Al片提供电子给TiO2有助于提高以光生电子为主要初级活性物种的光致亲水性, 而ITO接受TiO2的光生电子, 导致光致亲水性的下降.     

CuS/TiO2纳米管异质结阵列的制备及光电性能

利用水热反应制备了CuS/TiO2纳米管异质结阵列,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射谱(XRD)等手段表征了异质结阵列的表面形貌和晶体结构.电流-电压曲线结果表明,CuS/TiO2纳米管异质结阵列具有明显的整流效应.根据表面光电压谱和相位谱,在376～600 nm之间,CuS/TiO2纳米管异质结阵列表现为p型半导体特征,电子在表面聚集;在300～376 nm之间表现为n型半导体特征,空穴在表面聚集;在376 nm处异质结阵列的表面光伏响应为零.CuS/TiO2和CuS/ITO之间界面电场的不同导致异质结在不同波长范围内表面电荷聚集的差异.光电化学性能测试发现,以CuS/TiO2纳米管异质结阵列为光阳极组成的光化学太阳电池,在大气质量AM 1.5G,100 mW/cm2标准光强作用下具有0.4%的光电转换能力.     

金红石/锐钛矿混晶结构的TiO2薄膜光催化活性

采用磁控溅射法制备出一组金红石/锐钛矿混晶结构的纳米TiO2薄膜催化剂,并通过光催化降解苯酚实验考察该薄膜的催化性能.光催化实验证明,随着催化剂中金红石含量减少,催化剂的光催化活性逐渐提高.X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、表面光电压谱(SPS)和原子力显微镜(AFM)结果表明,催化剂为金红石和锐钛矿混晶结构,并随着金红石含量减少,催化剂的表面羟基(OH)和桥氧(-O-)的含量逐渐增加,而且费米能级逐渐提高.表面羟基和桥氧是有利于光催化的"活性物种";费米能级的提高使TiO2/H2O界面处TiO2的表面带弯增大,导致了价带光生空穴参加光催化反应的几率增大,有效地促进了光生载流子的分离;这些因素是催化剂光催化活性逐渐提高的主要原因.     

利用拉曼和表面光电压谱对一维TiO2@CdS核壳结构界面电荷行为研究

利用化学气相沉积法制备了直径约90 nm,长数十微米的高质量TiO2纳米线.通过化学浴沉积法(CBD)在纳米线表面生长CdS包覆层,形成了一维TiO2@CdS核壳结构.不同包覆层厚度的一维TiO2@CdS核壳结构拉曼光谱研究发现TiO2/CdS界面的光生电荷转移对CdS和TiO2拉曼响应均有增强效应.结合表面光电压谱研究发现表面包覆层的厚度对TiO2/CdS界面光生电荷转移有显著的影响.表面CdS包覆层厚度对拉曼和表面光伏响应影响的研究表明电子在CdS包覆层中的电子扩散距离在30～60 nm.     

TiO_2-CuPcTs敏化薄膜光电流及可见光光催化性能

以四磺酸酞菁铜(CuPcTs)为敏化剂,玻璃和图案化的氧化铟锡(ITO)分别作为基底,制备了敏化薄膜TiO2-CuPcTs和ITO/TiO2-CuPcTs/ITO敏化器件.以罗丹明B(RhB)的可见光光催化降解为模型反应评价敏化薄膜的光催化性能.敏化薄膜采用UV-vis和Raman技术进行表征,同时利用敏化器件的结构特性,测定其在氮气和纯水体系下的光电流.研究结果表明,TiO2-CuPcTs可以有效地将光谱响应拓宽到可见光区,一级反应速率常数为空白TiO2薄膜的3.7倍.TiO2-CuPcTs薄膜光催化降解RhB的重复性能稳定.与ITO/TiO2/ITO器件相比,敏化器件ITO/TiO2-CuPcTs/ITO具有较高的光电流信号,验证了激发态的CuPcTs能够将电子转移到TiO导带上的敏化机理.     

TiO_2聚苯胺复合膜的光电化学

利用电化学方法制备了TiO2 聚苯胺 (PANI)复合膜 .该膜具有比TiO2 或PANI膜更宽的吸收谱区 ,并且不同于利用聚苯胺光敏化的TiO2 膜 ,表现为两者复合材料膜的性质 .扫描电镜图表明 ,TiO2 微粒不完全覆盖着PANI膜 .根据TiO2 微粒光电流谱带的阈值能可得复盖在部分氧化态聚苯胺膜上的TiO2 微粒的禁带宽度为 3.0eV .部分氧化态聚苯胺膜的光电流谱遵循Fowler定律 ( 1/2 ～hυ成线性 ) .通过Fowler图得出部分氧化态聚苯胺的绝缘母体禁带宽度为 3.33eV ,并证实该绝缘母体为还原态聚苯胺 .从Mott Schottky图得到在 0 .0 5mol/LK3Fe(CN) 6 /K4 Fe(CN) 6 溶液中 (pH =8.52 )部分氧化态聚苯胺的平带电位为 0 .13V ,掺杂浓度为 5.3× 10 18cm- 3;TiO2 PANI复合膜的平带电位为 - 0 .6 5V ,掺杂浓度为 9.1× 10 19cm- 3.解释了TiO2 PANI复合膜的光电化学过程并描绘出其能带图 .利用TiO2 PANI复合膜能够有效地光降解苯酚溶液 .     

树叶为模版制备网状TiO2和Fex/TiO2及光催化活性研究

以梧桐树叶为模板制备了具有网状结构的TiO2和Fex/TiO2光催化材料.通过扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)、荧光发射光谱(PL)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)等对这两类光催化材料的结构和物理性能进行了表征.结果表明,以树叶为模板制得的Fe0.005/TiO2呈网状结构.在600～800℃范围内,随煅烧温度的升高,网状TiO2和Fe0.005/TiO2中锐钛型TiO2的含量减少,Fe3+的掺杂能促进锐钛型向金红石型的转变.与Degussa P25相比,网状TiO2和Fex/TiO2的荧光光谱强度明显减弱,光生电子-空穴对的复合情况得到改善;吸收光谱范围明显红移,禁带宽度有不同程度的缩小.孔雀石绿的光催化降解实验表明,网状TiO2和Fex/TiO2具有比Degussa P25更强的催化活性.光催化活性的稳定性研究表明,网状Fe0.005/TiO2具有良好的稳定性,能多次重复使用.     

P3HT/CdS/TiO2/ZnO一维有序核壳式纳米棒阵列的构制及其在杂化太阳电池中的应用研究

采用恒电位法在铟锡氧化物导电玻璃(ITO)上制备了高度有序一维ZnO纳米棒阵列,将ZnO纳米棒阵列在TiO2溶胶中采用提拉法制备出了一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列.在一维TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积CdS纳米晶得到一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列,然后在一维CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米棒阵列上电沉积聚3-己基噻吩(P3HT)薄膜得到P3HT/CdS/TiO2/ZnO核壳式纳米结构薄膜.以该纳米结构薄膜电极为光阳极制备出新型纳米结构杂化太阳电池,研究了该类电池的光电转换性能,初步探讨了该类电池的工作机理.     

纳米尺度TiO2聚苯胺多孔膜电极光电化学研究

用光电流作用谱，光电流－电势图等光电化学方法研究了ＴｉＯ２／聚本胺复合多孔膜电极在不含氧化还原和含有没氧化还原对体系中的光电转换过程。结果说明，ＴｉＯ２／聚苯胺复合多孔膜电极为双层ｍ－型半导体结构，ＴｉＯ２多孔膜的禁带宽度为３．２ｅＶ，外层聚苯胺膜的禁带宽度为２．８８ｅＶ。     

SO_4~(2-)/TiO_2、PO_4~(3-)/TiO_2、BO_3~(3-)/TiO_2系列固体酸的酸性、结构和晶相的研究

制备了ＳＯ４２－／ＴｉＯ２（Ⅰ）、ＰＯ４３－／ＴｉＯ２（Ⅱ）、ＢＯ３３－／ＴｉＯ２（Ⅲ）系列固体酸。用ＩＲ、Ｒａｍａｎ光谱对该系列固体酸进行结构表征,结果表明ＳＯ４２－与ＴｉＯ２表面的结合为螯合式双配位结构和共价硫酸盐共存,ＰＯ４３－与ＴｉＯ２表面的结合为桥式三配位结构,ＢＯ３３－与ＴｉＯ２表面的结合为单齿单配位结构和螯桥混合式三配位结构共存。用由溶液中正丁胺的吸附等温线测定固体表面酸度的方法测定了样品的酸量,结果表明酸量大小为Ⅰ＞Ⅱ＞Ⅲ。用ＸＲＤ技术对该系列固体酸进行考察,衍射图分析提示该系列固体酸主要都为锐钛矿型晶型,但Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中又各自夹杂其它不同的晶型     

Ru(II)染料与聚3-甲基噻吩复合敏化纳米结构TiO_2电极的光电化学研究

利用光电流作用谱、循环伏安等光电化学方法研究了染料RuL2(SCN)2:2TBA(L=2,2'-bipydine-4,4'-dicarboxylicacid)与聚3-甲基噻吩(P3MT)复合敏化电极的光电化学性质.RuL2(SCN)2:2TBA/P3MT复合敏化TiO2纳米晶多孔膜电极比染料RuL2(SCN)2:2TBA敏化TiO2纳米结构电极的光电转换效率大幅度提高.复合敏化电极中存在p-n异质结有效地抑制了电子的反向复合,减少了电子的损失.