常温铜掺杂ZnSe量子点敏化纳米TiO2薄膜制备与性能研究

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tushudasha
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采用溶胶-凝胶法制备了掺镧介孔纳米TiO2,通过刮涂法制得掺镧介孔纳米TiO2薄膜;采用水相合成方法,常温条件下合成核壳结构Cu掺杂ZnSe量子点。采用不同Cu2+掺杂浓度(Se与Cu摩尔比分别为10:1、20:1、30:1、40:1、50:1)、掺杂时间(0 min、30 min、60 min、90 min、120 min、150 min)、包覆配体(L-半胱氨酸L-cys、巯基乙胺CA、谷胱甘肽GSH、巯基乙醇ME)的合成条件下制备ZnSe量子点,对量子点光电子特性进行研究,探讨了影响其光电性能的主要因素并进行方法优化;在此基础上,利用化学浴沉积法(CBD)制得Cu掺杂ZnSe量子点敏化介孔纳米TiO2薄膜。实验采用稳态表面光电压谱(SPV)、场诱导表面光电压谱(EFISPV)对各样品的光电子特性进行表征,借助瞬态光电压谱(TPV)对各样品中光生载流子的分离、传输和复合等一系列微观动力学行为进行探究。结合X射线衍射(XRD)、氮吸附-脱附等温线(BET)、能谱仪(EDS)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-VIS)对样品形貌、结构、相组成及光学性能进行分析表征。结果表明,镧的引入使得TiO2纳米晶具有大的比表面积及孔径均匀的介孔结构。Cu掺杂ZnSe量子点中,杂质能级作为受主浅能级存在,导致了明显的量子限域效应和量子点被削弱的n型光伏特性。Cu掺杂ZnSe量子点光生自由电荷载流子的寿命和扩散长度相较于ZnSe量子点均明显提高。量子点敏化薄膜的表面光伏响应覆盖300-800 nm波长范围,敏化后薄膜展示出n型光伏特性,光生载流子的寿命提高了两个数量级,光生电子-空穴对分离速率和扩散长度均明显增加。此外,Cu掺杂ZnSe量子点敏化二氧化钛薄膜样品的比表面积减小,光伏响应强度更高,而且达到最大分离时间较迟,表明Cu的掺杂延长了量子点中载流子的寿命,并且有助于量子点的大量负载沉积,进而增加量子点的光生电子向介孔纳米二氧化钛薄膜的注入效率。
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