Zn2+离子掺杂对纳米TiO2薄膜电极表面形貌和紫外光电性能的影响

采用sol-gel法制备了Zn2+离子掺杂的锐钛矿相纳米TiO2薄膜电极。通过X射线衍射(XRD)、吸收光谱、原子力显微镜(AFM)，结合光电流作用谱研究了Zn2+离子掺杂对TiO2薄膜电极表面形貌和紫外光电性能的影响。结果表明，在所选浓度范围内，Zn2+离子掺杂浓度对薄膜的相组成和紫外光吸收强度无明显作用，但可显著改变薄膜表面颗粒大小和形貌特征，从而影响电极光电性能。0.1 mol% Zn2+离子的掺杂使膜内颗粒尺寸由30 nm增大至40 nm，同时使表面颗粒的生长具有一定的择优取向，颗粒形状由本证薄膜的类球形变为垂直于膜面的柱状颗粒。这一结构大幅增大了薄膜的表面积，提高了载流子在固-液界面的传输效率，促使电极光电流密度(PCD)比本证电极提高40%。随掺杂浓度的提高，表面颗尺寸粒逐渐增大，形状恢复为类球形，电极光电性能有所降低。当掺杂浓度达到5 mol%时，颗粒粒径急剧增大至130 nm，表面颗粒因熔点降低而熔合成无孔表面，导致电极PCD急剧降低