FTO導(dǎo)電玻璃基底表面TiO2納米線陣列的合成

劉 元

(南昌航空大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，江西 南昌 330063)

1 引言

電子具有波粒二象性。在半導(dǎo)體中電子動能較低，德布羅意波長較長，電子的運(yùn)動容易受到空間的束縛。當(dāng)材料某一維度的尺寸可與電子的德布羅意波長相比擬時，電子就失去了一個空間自由度，而被量子化的限制在離散的本征態(tài)。此時，電子的粒子行為與體材料中相比發(fā)生了顯著變化。具有這種性質(zhì)的材料稱為半導(dǎo)體低維材料，也稱為半導(dǎo)體納米材料[1-6]。

在過去的研究中，科學(xué)家們把大量努力集中在了制備各種以TiO2為基礎(chǔ)的光電化學(xué)結(jié)構(gòu)上，其中最主要的是一種由TiO2納米粒子晶體組成的幾微米厚的薄膜結(jié)構(gòu)。在這個薄膜結(jié)構(gòu)中粒子相互接觸所形成的界面產(chǎn)生了大量的電子陷阱，導(dǎo)致電子空穴復(fù)合機(jī)率的提高。而實(shí)驗證明，TiO2納米線陣列具有較低的電子空穴復(fù)合幾率[7-13]。

一維尺寸的納米線結(jié)構(gòu)可以使光子的吸收和光生電荷的收集分別在不同方向相對獨(dú)立進(jìn)行，提高了材料的光量子效率[13,14]。而且由于納米線直徑很小，TiO2受激產(chǎn)生的光生空穴需要擴(kuò)散的長度很短，空穴僅需通過TiO2納米線直徑就可擴(kuò)散至表面，從而進(jìn)行了有效地電荷轉(zhuǎn)移。另外，雖然TiO2納米線中的電子遷移率低，但TiO2的線性結(jié)構(gòu)迫使電子沿著直線傳播，大大縮短了電子的傳輸距離，最終到達(dá)導(dǎo)電接觸面，提高了電荷的有效傳遞率[15-18]。就是因為TiO2納米線這種各向異性的結(jié)構(gòu)特征，使得光生載流子能夠快速遷移傳遞，故大大降低了電子空穴的復(fù)合幾率[19-21]。……