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Ti O2纳米膜是一种重要的光电功能材料,无团聚、使用方便、易回收分离,被广泛应用于染料敏化太阳能电池、气敏传感器、光催化等领域。尤其负载在柔性基底上的Ti O2纳米膜具有更广阔的应用范围,成为国内外的研究热点。本文针对透明的氧化铟锡(ITO)导电聚酯(PET)塑料薄膜(ITO-PET)和柔性不锈钢薄片这两种常用柔性基底的特点,通过改变薄膜的制备工艺,获得了不同纳米结构的柔性Ti O2纳米膜,包括Ti O2及聚苯胺/Ti O2复合纳米颗粒膜、取向生长的大长径比Ti O2纳米须薄膜、四棱柱双锥型Ti O2纳米棒薄膜、及Ti O2双锥纳米棒阵列膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能量弥散X射线谱(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外可见光谱(UV-vis)、电化学工作站等对材料进行了表征,系统研究了制备工艺及反应条件对所得薄膜的形貌结构及光电化学性能的影响,提出了这些Ti O2纳米结构的生长机理。主要研究内容如下:(1)采用改进的溶胶-凝胶法低温制备了锐钛型Ti O2溶胶及聚苯胺/Ti O2复合溶胶,并通过“涂刮”法于ITO-PET导电塑料基底制备了柔性Ti O2纳米膜及聚苯胺/Ti O2复合膜。结果表明,Ti O2溶胶的结晶度取决于钛酸正丁酯与水的摩尔比R及陈化时间,而p H值和温度则影响了溶胶的晶型。与纯Ti O2膜相比,聚苯胺/Ti O2复合膜具有较高的可见光吸收强度,同时由于聚苯胺通过H+与Ti O2构建了较好的电子传输通道,可促进电子-空穴的分离,因而复合膜电极的光电响应性能增强。(2)为了在薄膜中构建一维纳米结构以提高薄膜的光电性能,以柔性不锈钢基底上经磁控溅射沉积的钛膜为钛源,通过稀Na OH溶液中水热反应、酸浸及烧结的三步法制备了取向生长的大长径比单晶锐钛型Ti O2纳米须薄膜,膜厚约7μm。研究结果表明,与室温沉积的钛膜相比,600℃沉积的钛膜水热反应后得到的纳米须薄膜与基底的附着力更好。Ti O2纳米须经由Na2Ti2O4(OH)2、H2Ti2O5﹒H2O转变而来,薄膜的形貌成型于水热阶段,纳米须经历了纳米片→纳米线束→纳米线的裂解生长过程。本文中朝基底上方取向生长的一维纳米须薄膜的形成是低浓度Na OH溶液和高水热温度协同作用的结果。与纳米颗粒膜和纳米片薄膜相比,朝上取向生长的纳米须薄膜具有更优的光电性能。纳米须薄膜的最大瞬态光电流密度达到3.47μA?cm-2,其最佳水热反应条件为:水热温度220℃,Na OH浓度为1mol?L-1,水热时间为24h。(3)为了简化一维纳米结构薄膜的制备工艺,将沉积在柔性不锈钢基底上的钛膜于四甲基氢氧化铵的有机碱水溶液中水热反应,直接制备了取向生长的锐钛型Ti O2四棱柱双锥纳米棒薄膜。纳米棒长轴沿着[1 1 0]方向生长,直径约130-200 nm,棒长为500-700 nm。结果表明,薄膜的形貌受溶液浓度及水热温度影响。此外,由于四甲基氢氧化铵高温热分解导致体系的碱性下降,不同衬底温度下沉积的钛膜水热反应后所得薄膜的形貌变化较大。四棱柱双锥纳米棒薄膜的最大瞬态光电流密度达到0.4μA·cm-2,获得最佳光电化学性能薄膜的水热条件为:四甲基氢氧化铵浓度为1.0 mol·L-1,水热温度为180℃,水热时间为12h。(4)为了省去磁控溅射工序,进一步简化一维纳米结构薄膜的制备工艺,仅用钛酸正丁酯的石油醚溶液对不锈钢基底进行简单的旋涂预处理,随后于四甲基氢氧化铵溶液中以钛酸正丁酯为钛源,直接在柔性不锈钢基底上用一步水热法制备了取向生长的锐钛型Ti O2双锥纳米棒阵列薄膜。纳米棒长轴沿着]101[方向生长。实验结果表明,水热条件对薄膜的微观形貌影响较大,进而最终影响到薄膜的光电化学性能。旋涂预处理对薄膜沉积过程中的成核及晶型均有影响,在经旋涂预处理的不锈钢上形成的薄膜为锐钛型Ti O2双锥纳米棒;而无旋涂预处理的不锈钢上最终于碱性条件形成了金红石型纳米块薄膜。与Ti O2纳米颗粒薄膜相比,双锥纳米棒阵列膜由于能为电子提供快速传输通道,因而具有更优良的光电化学性能。Ti O2双锥纳米棒阵列膜的最大瞬态光电流密度达到22.1μA?cm-2,其水热反应条件为:钛酸正丁酯浓度为0.05 mol?L-1,四甲基氢氧化铵浓度为0.06 mol?L-1,水热温度为200℃,反应时间4h。