摘要：通過(guò)分析電極在白光和可見(jiàn)光照射條件下的光電子的變化特點(diǎn)，采用溶膠-凝膠法，陽(yáng)極氧化和熱氧化法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Ti02薄膜電極的制備，根據(jù)實(shí)驗(yàn)的具體結(jié)果，集中編制方法的未經(jīng)修改的Ti02薄膜電極對(duì)可見(jiàn)光具有一定的光電響應(yīng)，這可能是由熱處理過(guò)程中晶格畸變引起的，致使Ti02薄膜電極可以吸收可見(jiàn)光的表面態(tài)。在不同的條件下，制備Ti02薄膜電極的響應(yīng)以及變化的規(guī)律與白光下的光電響應(yīng)具有一致性。

關(guān)鍵詞：可見(jiàn)光；Ti02薄膜電極；光電性能

中圖分類號(hào)：O614.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 (2012) 10-0193-01

TiO2具有穩(wěn)定的化學(xué)特性，耐酸，耐堿、無(wú)毒，來(lái)源范圍較廣，在很大程度上成為了相關(guān)行業(yè)的研究重點(diǎn)以及研究熱點(diǎn)，在光電催化的作用下，由于Ti02納米粉體的收集較為困難，由此對(duì)其研究缺乏實(shí)踐性和可用性，相關(guān)行業(yè)中的大部分研究在二氧化鈦薄膜領(lǐng)域。可通過(guò)多種方法進(jìn)行TiO2的制備，例如電化學(xué)沉積法、溶膠-凝膠法、物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法、熱氧化法以及陽(yáng)極氧化法等幾種形式。而在這些制備方法當(dāng)中，溶膠-凝膠法以及熱氧化法是較為常用的TiO2薄膜的制備方法。我們都知道，TiO2是一個(gè)n型寬能隙半導(dǎo)體，銳鈦礦型TiO2的禁帶寬度達(dá)到了3.2eV，幾乎不響應(yīng)不可見(jiàn)光，僅僅只能被紫外光進(jìn)行激發(fā)，而波長(zhǎng)較短的紫外線只達(dá)到占地球表面的3％到4％陽(yáng)光比例，所占據(jù)的份額較小注定其對(duì)太陽(yáng)光的利用程度不高，其對(duì)太陽(yáng)光能的應(yīng)用受到了很大的限制。要提高TiO2光催化效率和可見(jiàn)光的利用率可使用多種方式，例如摻雜金屬離子，注入非金屬效率離子，敏化化合物半導(dǎo)體和染料等方法。根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)可了解到，在可見(jiàn)光照射下，未經(jīng)修飾的TiO2薄膜電極具有一定的光電響應(yīng)，由此展開(kāi)了對(duì)TiO2薄膜電極的研究。

一、具體的實(shí)驗(yàn)

通過(guò)使用ITO導(dǎo)電玻璃為基本的材料，在丙酮，乙醇，水，超聲波清洗10分鐘，最后蒸干；鈦酸四丁酯，乙醇，乙酸，在體積比1：4.4：0.3：0.05比在室溫蒸餾水，攪拌2h，靜置2天，得到淺黃色透明溶膠。用自制的提拉在ITO表面以1.6毫米/秒的速度拉膜，使用紅外燈照射10分鐘，重復(fù)直到得到一定厚度的TiO2薄膜。樣品放入馬弗爐中在450°C中熱處理兩個(gè)小時(shí)。

金屬鈦片擦拭明亮，使用HF、HNO3、H2O混合液浸泡30秒，用離子水清洗15分鐘，吹干。陽(yáng)極氧化在兩電極系統(tǒng)包含0.5％HF溶液的電化學(xué)池中進(jìn)行，氧化后立即取出用水沖洗干凈，在350℃熱處理1小時(shí)。

不涂膜的ITO導(dǎo)電玻璃基板，或打磨氧化過(guò)的鈦片的一角，用導(dǎo)電銀膠引出銅線，在紅外燈烤1小時(shí)，使用絕緣硅對(duì)周圍裸露部分進(jìn)行密封，等到完全晾干以后就形成了TiO2薄膜電極。采用具有石英窗口的電解池，并使用三電極體系進(jìn)行光電測(cè)試，使用氙燈模擬太陽(yáng)的光。事變后片的石英過(guò)濾出的紅外光，紫外光-可見(jiàn)光，通過(guò)光學(xué)過(guò)濾器，過(guò)濾掉紫外線。

二、可見(jiàn)光下TiO2薄膜電極光電性能研究

（一）溶膠-凝膠法制備TiO2薄膜電極性能研究

使用TiO2溶膠拉膜是制備薄膜的有效方法，具體的實(shí)踐操作較為簡(jiǎn)單，同時(shí)也具有廣泛的應(yīng)用范圍，但在拉膜后的熱處理中容易開(kāi)裂。根據(jù)白光以及可見(jiàn)光照射下的TiO2薄膜電極的瞬態(tài)光電流曲線分析可了解到。在實(shí)際的測(cè)試過(guò)程中，飽和甘汞電極和鉑片用來(lái)作為參考和輔助電極，白光的光功率為100MW?CM-2，通過(guò)光學(xué)過(guò)濾器，篩選出390納米以下的紫外線，得到可見(jiàn)光，光功率30MW?CM-2。在白光，可見(jiàn)光照射下，TiO2薄膜電極將隨著極化電位的增加而增加，具有典型的n型半導(dǎo)體特性。

（二）陽(yáng)極氧化制備TiO2薄膜電極性能研究

陽(yáng)極氧化制備TiO2納米管呈現(xiàn)出高低有序的陣列排列，表現(xiàn)出均勻分布的特征，與固體基質(zhì)的牢固結(jié)合。電解質(zhì)成分，pH值，氧化時(shí)間和溫度對(duì)這種納米結(jié)構(gòu)的形成具有直接的影響。在光照的瞬間，由半導(dǎo)體價(jià)帶電子被激發(fā)到導(dǎo)帶，因?yàn)樘幱陂_(kāi)路狀態(tài)，由此光生電子會(huì)遷移到薄膜表面，并且產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，降低了電極的費(fèi)米能級(jí)，致使開(kāi)路電壓。因此可見(jiàn)，TiO2薄膜光學(xué)電子-空穴的分離可用開(kāi)路電壓能進(jìn)行表現(xiàn)出來(lái)，同時(shí)也明確了遷移到半導(dǎo)體表面的大小的能力。經(jīng)過(guò)熱處理的TiO2薄膜電極的開(kāi)路電壓較大，停止光線照射后，其電位迅速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。未經(jīng)熱處理薄膜電極電位曲線緩慢上升，這是很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在光照的瞬間，TiO2電極產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)陽(yáng)極光。TiO2薄膜電極也產(chǎn)生了一定量的可見(jiàn)光光流，陽(yáng)極氧化2h沒(méi)有經(jīng)過(guò)熱處理加工的光電流幾乎是零。陽(yáng)極氧化2小時(shí)和陽(yáng)極氧化0.5h和熱處理的TiO2薄膜電極在可見(jiàn)光下0.25μA的電流和0.18CM-2。

（三）直接熱氧化制備TiO2薄膜電極性能研究

根據(jù)該種方法所形成的TiO2薄膜電極的物相分析表明，在煅燒350?650℃條件下，檢測(cè)不到直接銳鈦礦晶型的TiO2薄膜的形成。當(dāng)氧化溫度達(dá)到550℃，產(chǎn)生了金紅石型表面的衍射峰。在350?650°C溫度區(qū)間內(nèi)部，氧化溫度的升高，將對(duì)光響應(yīng)造成影響，氧化溫度越高，則白光之下的光響應(yīng)也就越為明顯。主要由于增加了氧化溫度，致使薄膜表面結(jié)晶厚度和密度也有所增加，吸收的光子數(shù)的增加，從而也增加了光電流。但薄膜厚度并不是越厚越好，當(dāng)TiO2薄膜電極達(dá)到一定的厚度時(shí)，雖然增加了二氧化鈦的反應(yīng)量，但必須經(jīng)過(guò)一段較長(zhǎng)的時(shí)間，才能到達(dá)電極基板電極表面上形成的光生電子，增加光生載流子復(fù)合率，增大厚度和阻力，降低光電流。因此，存在一個(gè)最佳的氧化溫度，在00?650℃溫度下將具有最佳的光電響應(yīng)。同時(shí)在可見(jiàn)光的照射下，TiO2薄膜電極也具有相當(dāng)大的光電響應(yīng)，具有與白光照射下相同的趨勢(shì)，隨著氧化溫度的增加，氧化溫度為650°C間左右具有最大的可見(jiàn)光的光流。

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