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摘 要

现如今，出于保护环境及节约资源的发展观念，如何有效地利用太阳能来达到节能减排的目的值得我们付出时间跟精力进行探究

半导体材料作为一种用途广泛的材料，其光电催化技术的研究刻不容缓。本文主要研究TiO₂ 的相关方面，TiO2 因为其宽带隙（3.2eV） ，导致了其在紫外光区域的光响应低，吸收光效率低下。然而，金属纳米粒子可以通过本身具有的独特等离子效应来影响其邻近半导体的光学转变效应的过程，从而增强其光化学反应的量子产率。本文正是通过铜纳米团簇修饰TiO2 纳米线阵列来达到增强其光学性能。

本文以盐酸（HCL）、钛酸四丁酯（C₁₆H₃₆O₄Ti）为原料，去离子水（H₂O）为溶剂，通过水热法成功制备得到TiO₂纳米复合粒子。利用Cu(NO₃)₂作为铜源，用MSA作为保护剂和还原剂来合成铜纳米团簇。在通过将铜团簇负载到TiO₂ 纳米材料上来比较前后其作为光电极的光学性能差距。通过扫面电子显微镜照片（SEM）对制得样品形貌进行表征，并考察了不同原料比例下制得样品的形貌变化特点及其电学性能的变化情况。通过对实验结果分析与总结来提高负载铜团簇的TiO₂纳米材料的光电性能。

关键词：TiO₂纳米线阵列；光电性能；铜团簇

Preparation and Application of Copper Nanoclustered Modified Metal Oxide Nanowire Array Photoelectrode

Abstract

Nowadays, in order to protect the environment and save resources, how to effectively use solar energy to achieve energy saving and emission reduction is worth our time and energy.

As a widely used material, semiconductor materials are urgently needed to study photoelectrocatalysis technology. We need to study some important aspects of it. Due to its wide band gap (3.2eV), TiO₂ has low light response and low light absorption efficiency in the ultraviolet region. However, metal nanoparticles can affect the process of optical transition effects of their adjacent semiconductors by their unique plasma effects, thereby enhancing the quantum yield of their photochemical reactions. This paper enhances the optical properties of TiO₂ nanowire arrays by copper nanoclusters.

In this paper, TiO₂ nanocomposite particles were successfully prepared by hydrothermal method using hydrochloric acid (HCL), tetrabutyl titanate (C₁₆H₃₆O₄Ti) as raw material and deionized water (H₂O) as solvent. Cu(NO₃)₂ was used as a copper source, and MSA was used as a protective agent and a reducing agent to synthesize copper nanoclusters. The optical performance difference as a photoelectrode was compared before and after loading the copper cluster onto the TiO₂ nanomaterial. The photoelectric properties of TiO₂ nanomaterials with copper clusters were improved by analyzing and summarizing the experimental results.

Keyword： TiO₂ nanowire array; photoelectric performance; copper cluster

目 录

摘要………………………………………………………………………..I

Abstract………………………………………………………………….II

第一章 绪论…………………………………………………………..7

1.1引言……………………………………………………………….7

1.2二氧化钛纳米线阵列的形成机理及特性…………………………….8

1.2.1 二氧化钛纳米线阵列的研究与发展…………………………..8

1.2.2 二氧化钛纳米线阵列的制备与广电性能研究……………….10

1.3金属纳米团簇的合成与应用………………………………………..11

1.3.1金属纳米团簇简介……………………………………………11

1.3.2金属纳米团簇制备…………………………………………. ..11

1.3.3金属纳米团簇性质…………………………………………...13

1.4在TiO₂ 纳米线阵列上负载铜纳米团簇的研究意义………………..….14

第二章 负载铜团簇的金属氧化物纳米线阵列的制备及电学性能的表征……………………………………………………………………..…15

2.1负载铜团簇的金属氧化物纳米线阵列的制备……………………….15

2.1.1实验所需的试剂及仪器……………………………………….16

2.1.2实验步骤……………………………………………...……..17

2.2铜团簇修饰的金属氧化物纳米线阵列的光电性能测试…………...…17

第三章 结果与讨论……………………………………………..……..18

3.1产物SEM表征……………………………………………………18

3.2产物XRD表征……………………………………………………19

3.3产物EDX表征……………………………………………………21

3.4光电性能图………………………………………………………23

第四章 结论……………………………………………………………26

参考文献……………………………………………………….……….27

致谢…………………………………………………………….……….31

第一章 绪论

1.1引言

二十世纪四十年代，人们对世界物质大小的认知更近一步，开始进入纳米时代。在德国科学家吉尔德提出纳米材料这一概念之后不久^[1]，首次人工合成制备纳米晶体就问世了，此后人们着力研究其各方面的物理化学性能，时至今日，纳米材料因为其本身具有的各方面的优异性能依旧受各界厚爱。所谓纳米材料，它是一种本身尺寸就很小出于纳米级亦或者其完全由纳米级的材料复合而成，即囊括由纳米材料集成的组装系统及纳米结构材料，在系统中的矩阵形式分散的纳米结构设置，包括纳米颗粒、纳米复合体材料和纳米晶块材料等。纳米材料通常情况下以维数来进行分类，大致有三种：1.零维（材料尺寸都属于纳米级范围内），如纳米颗粒、原子簇等2.一维（材料尺寸中有一维并不属于纳米级范围内），如纳米线、纳米管等3.二维（材料跟尺寸中有两者均不位于纳米级范围内），如纳米薄片、纳米薄膜等。

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