氮掺杂二氧化钛纳米棒阵列的制备和光电转化性能表征

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Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｑｉｎｇｄａｏ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ２６６０４２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｎｉｔｒｏｇｅｎｄｏｐｅｄｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌｒｕｔｉｌｅＴｉＯ２ｎａｎｏｒｏｄａｒｒａｙｓｈａｖｅｂｅｅｎｐｒｅｐａｒｅｄＯｉｌｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅｆｌｕｏｒｉｎｅ－ｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅ（ＦＴＯ）ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｔｈｒｏｕｇｈａｆａｃｉｌｅｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓ，ｕｓｉｎｇａｑｕｅｏｕｓａｍｍｏｎｉａａｓｎｉｔｒｏｇｅｎｓｏｕｒｃｅ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａ — ｔｉｏｎｂｖＸＰＳｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｏｎｌｙａｓｍａｌｌａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｒｅａｃｔａｎｔｓｗａｓａｄｄｅｄｉｎｔｏＴｉ０２ａｎｄｆｏｒｍｅｄｏ— Ｔｉ～Ｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ
第８卷
wenku.baidu.com
第９期
中国科技论文
ＣＨＩＮＡＳＣＩＥＮＣＥＰＡＰＥＲ
Ｖｏ１．８Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２０１３
２０１３年９月
氮掺杂二氧化钛纳米棒阵列的制备和光电转化性能表征
孙
摘
ｎａｎｏｒｏｄｌｅｎｇｔｈａｎｄｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｔｈｅ（００２）ｌａｔｔｉｃｅｐｌａｎｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｈａｒｐｌｙｗｉｔｈｔｈｅｄｏｐｉｎｇｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
琼，孙先淼，李阳，董立峰
（青岛科技大学材料科学与工程学院，山东青岛２６６Ｏ４２）
要：以氨水为氮源，在掺杂氟的Ｓｎ（）２导电玻璃（ＳｎＯｚ：Ｆ，ＦＴＯ）基底上通过水热法生长出氮掺杂单晶金红石相ＴｉＯ２纳米棒
ｄｏｐｅｄｔｉｔａｎｉｕｍｄｉｏｘｉｄｅｎａｎｏｒｏｄａｒｒａｙｓ
ＳｕｎＱｉｏｎｇ，ＳｕｎＸｉａｎｍｉａｏ，ＬｉＹａｎｇ，ＤｏｎｇＬｉｆｅｎｇ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＱｉｎｇｄａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
传输过程中发生复合现象；过量的氨水还会与底物直接发生水解反应，不利于基底上纳米棒的生长。所以，适量浓度的氮掺杂ＴｉＯｚ纳米棒阵列是一种具有发展前景的太阳能电池材料。关键词：氮掺杂；Ｔｉ（）２纳米棒阵列；形貌表征；光电流响应中图分类号：０４８４．４文献标志码：Ａ文章编号：２０９５ —２７８３（２０１３）０９ — ０８８３ —０５Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｈ０ｔ０ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆＮ－ｄｏｐｅｄｓａｍｐｌｅｓｄｉｄｎｏｔｃｈａｎｇｅｅｖｉｄｅｎｔｌｙｉｎｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｔｏｕｎｄｏｐｅｄｓａｍｐｌｅｓ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｄｏｐｉｎｇｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙｈａｄｌｉｔｔｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｂａｎｄｇａｐｅｎｅｒｇｙ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｐｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｅｘｔｅｒｎａｌｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙｕｎｄｅｒ
阵列。ＸＰＳ检测证明，底物中只有很少量的氮元素能进入到ＴｉＯｚ中，并以（卜Ｔｉ —Ｎ形态存在。随着氮掺杂浓度的升高，Ｔｉ０２纳米棒长度增加，（００２）晶面相对于未掺杂ＴｉＯ２生长迅速。样品的吸收光谱未发生明显变化，说明半导体的禁带宽度（或能隙大小）没有受到氮掺杂的影响。在光电转化中，体系在模拟太阳光辐射下的光电流响应和外量子效率都有大幅改善，最高值分别达到０．１５ｍａ／ｅｍ２和３．１，均为空白ＴｉＯｚ的３．８倍。然而，氮浓度的继续增加会导致Ｔｉ（）２纳米棒团聚，促使光致电荷在