高结晶度一维TiO2制备、表面修饰及三维微区扫描光伏研究

高结晶度一维TiO2纳米结构能够直接给电子提供快速通道，可以大大提高相关器件（如：染料敏化太阳能电池等）工作性能，同时也是理想的研究光生电荷传输行为的模型材料。本课题利用改进的物理热蒸发法实现在相对较低温度下（<800 ℃），以非纯金属钛源制备结晶度高的TiO2纳米线、纳米带等一维纳米结构，并探索其生长机制；然后以一维TiO2纳米结构为模型材料，利用二次生长技术和表面敏化分别对其表面进行窄禁带无机半导体（以II-VI半导体为主）生长修饰和表面有机半导体材料表面敏化。利用远场局域光激发的微区光伏和光学性质（发光或拉曼）同步扫描表征技术，从微纳尺度上对一维TiO2纳米结构的表面和界面光生电荷在三维方向上的传输行为进行研究，揭示影响光生电荷在其中传输的微观局域环境因素。这对于正确认识光生电荷在一维纳米结构中的传输行为，进而提高相关光电器件工作性能具有重要实验和理论意义。

利用物理热蒸发法，探索了以金属钛片、TiO2纳米管为前驱体，在Pd纳米颗粒的催化下，实现了可控制备了TiO2纳米线、纳米带、纳米塔、纳米须等纳米结构。在TiO2纳米管为前驱体实现了在480 ºC下生长一维TiO2纳米结构。通过对各种纳米结构的表面光电压谱的研究，发现尺寸和维度与带隙关系，并从实验上验证了热力学定量模型；结合化学沉积、光化学还原等技术，对一维TiO2纳米线表面进行了CdS和Ag纳米颗粒的修饰，结合拉曼散射和表面光电压谱技术研究了表面修饰对界面微结构及电子结构的影响，进一步认识了光生电荷在异质结界面的传输过程。在共聚焦显微镜的基础上，建立了同步微区扫描光电压与发光成像系统，通过不同的电极，实现了对单根一维纳米结构在三维方向上的光生电荷传输研究，为进一步认识光生电荷在一维纳米结构中的传输行为提供了有力的工具。