Zn2＋离子掺杂对纳米TiO2薄膜电极表面形貌和紫外光电性能的影响.pdfVIP

助 财 斟 2010年第10期(41)卷 Zn2+离子掺杂对纳米 TiO2薄膜 电极 表面形貌和紫外光电性能的影响 付 姚 ，曹望和，彭 勇 (大连海事大学 物理系，辽宁 大连 116026) 摘 要： 采用 sol-gel法制备 了Zn。离子掺杂的锐钛 如染料敏化 、半导体复合 、离子掺杂等等[7]。有机染 矿相纳米 TiO 薄膜电极。通过 X射线衍射 (XRD)、 料光敏化是一种抑制光生 电子一空穴对 复合 的有效方 吸收光谱、原子 力显微镜 (AFM)，结合光 电流作用谱 法_7～，但许多染料的长期稳定性受到质疑，这为紫外探 研究了Zn抖离子掺杂对 Ti0 薄膜电极表面形貌和紫 测器的应用带来 了麻烦 。半导体复合也是抑制光生电 外光电性能的影响。结果表 明，在所选浓度范围内， 子一空穴对复合的有效方法之一 ，并且该方法 已广泛应 Zn抖离子掺杂浓度对薄膜的相组成和紫外光吸收强度 用于光催化领域 [8]。目前该方法普遍采取的方式是选 无明显作用，但可显著改变薄膜表面颗粒大小和形貌 择一种窄带隙半导体材料与宽带隙的TiO。相复合，由 特征，从而影响电极光 电性能。0．1 (摩尔分数)Zn抖 于窄带隙半导体材料会引入可见光响应 ，这一点虽对 离子的掺杂使膜 内颗粒尺寸 由30nm增大至 40nm，同 光催化非常有利 ，但对于紫外探测器来说则并不理想。 时使表面颗粒的生长具有一定的择优取向，颗粒形状 相比之下 ，金属离子掺杂 的纳米 TiO 薄膜不仅具有极 由本征薄膜的类球形变为垂直于膜面的柱状颗粒 。这 佳的稳定性 ，而且可以在不引入可见光 响应的前提下 一 结构大幅增大了薄膜的表面积 ，提高了载流子在 固一 有效延长光生载流子的寿命，提高 TiO。薄膜的紫外光 液界面的传输效率，促使 电极光 电流密度 (PCD)比本 电活性[9]。通过先前的研究 已经证实[】，Zn。的掺杂 征 电极提高4O％。随掺杂浓度的提高，表面颗粒尺寸 对光生载流子 的分离效果非常 明显，但研究并未对 逐渐增大，形状恢 复为类球形，电极光 电性能有所降 Zn 离子掺杂所引起的薄膜结构的变化做深入研究。 低。当掺杂浓度达到 5 (摩 尔分数)时，颗粒粒径急 为此 ，本文通过溶胶一凝胶法 ，以ITO导 电玻璃为基底 剧增大至 130nm，表面颗粒 因熔点降低而熔合成无孔 制备了不同掺锌浓度 的纳米 TiO。薄膜 电极，并通过 表面，导致电极 PCD急剧降低 。 AFM和光电测试手段进一步深入研究了Zn抖掺杂对 关键词： Zn。离子掺杂；纳米 TiO 薄膜 电极 ；紫外 TiO 薄膜 电极 的表面结构和光 电性能 的影响，为 光电性能；光电转换 TiOz薄膜紫外探测器的制备提供实验依据。 中图分类号： O649．4 文献标识码 ：A 2 实 验 文章编号：1001-9731(2O10)10-1780-04 2．1 薄膜电极的制备 1 引 言 实验所用试剂除钛酸 四丁酯 (Ti(OCH。))为化 纳米 TiO 作为一种安全无毒 、物理和化学性质稳 学纯外 ，其它均为分析纯 。向溶有适量 Zn(NO。)。(掺 定的宽带隙(3．0～3．2eV)半导体材料，已广泛应用于 杂浓度分别为 0、0．1％、0．5 、1％、2 、5％(摩尔分 光催化、太 阳能 电池 、气体传感器、紫外吸收层等领