贵金属修饰二氧化钛分级结构及器件的光电化学性能研究

Compared to the traditional ways such as template methods or hot solvent method, the vapor phase hydrothermal method can easily transform the usual TiO2 nano-structures which obtained through regular methods such as hydrothermal or electrochemical approach to hierarchical composition like nanoparticles @ nanotubes or nanofibers @ nanotubes. But so far this method is lack of systematically research. In this study, we plan to further confirm the growing conditions of different hierarchical TiO2 nanostructures through vapor phase hydrothermal method, and make it clear that the growth mechanism of TiO2 nano hierarchical structure by controlling the dynamic growth conditions of this new method. Secondly, many kinds of noble metal nanoparticles like Au、Pt、Ag、Rh and Ru will be deposited at TiO2 hierarchical by successive ionic layer adsorption approach. The impacts of growth conditions on noble metal nanoparticles coverage rate will be discussed in detail. At last, the morphology, microstructure, optical, and photoelectrochemical properties of the will be investigated systematically. This work will lay an experimental foundation for the fabrications and its applications of noble metal nanoparticles/TiO2 hierarchical composite films.

气相水热法深耕常见TiO2纳米结构，可以轻松获得独特组合的分级结构，如纳米颗粒@纳米管、纳米纤维@纳米管等，此法相对于传统的用于制备分级结构的模板法、溶剂法等，具有不可比拟的简易性和可控性，但到目前为止，此法构建纳米分级结构的生长机理、器件的光学、电学、光电化学性能的测试和分析缺乏系统定量的研究。本课题拟精准研究各种TiO2纳米分级结构的生长条件和生长过程，考察气相水热法在深耕TiO2纳米材料时所起的作用和纳米分级结构的生长机理；然后用连续离子层沉积法将贵金属（如Au、Pt、Ag、Rh、Ru等）纳米颗粒修饰到TiO2分级结构上，通过调节反应参数控制贵金属纳米颗粒在TiO2分级结构上的粒径大小、微结构和覆盖率，最后测试其光电化学性能，总结和梳理增强TiO2纳米器件的光吸收、改善载流子运输、阻止载流子复合的技术手段，为开发新型高效的贵金属颗粒-TiO2纳米分级结构复合材料奠定实验基础。

本项目针对能源和环境问题相关的材料制备及应用做出了一些有价值的研究，在二氧化钛材料的可控制备和优化改性方面进行了一些较新探索，项目在执行期间，按照申报书计划，利用气相水热法制备了二氧化钛纳米纤维-纳米管分级结构、阴离子硫掺杂的二氧化钛纳米棒阵列等结构；利用水热、溶胶凝胶和光还原等法制备了二硫化钼增敏银/二氧化钛材料、银/氧化石墨烯/二氧化钛纳米棒阵列三元叠层结构和银量子点修饰的二氧化钛/氧化锌异质结纳米树阵列等结构，研究发现，我们制备的一系列复合材料具有优异的光催化和光电化学性能。故该研究为高性能二氧化钛纳米材料的制备和改性提供了一些切实可行的思路和实践。截止目前，共在Nanotechnology, Applied Catalysis B: Environmental, RSC Advances, Applied Surface Science, Nanomaterials等国际核心期刊发表相关SCI收录论文5篇，申请相关发明专利1项。同时以项目为依托，培养青年骨干教师1名，7名本科生进入实验室参加科研训练和创新创业实验项目，11名本科生在此项目资助下完成了本科毕业论文工作。