Введение ----------------------------------------------------3
1.Обзор литературы ---------------------------------------5
2.Создание и характеризация образцов ----------------8
3.Методика эксперимента --------------------------------20
4.Результаты эксперимента и их обсуждение--------- 24
Выводы------------------------------------------------------30
Список литературы----------------------------------------31
Данная работа посвящена исследованию фотопроцессов в гетероструктурах Au/TiO2. А именно, исследованию механизмов влияния поверхностно локализованного плазмонного резонанса в золотых наночастицах на диоксид титана.
Диоксид титана применяется во многих отраслях, в том числе благодаря своим полупроводниковым свойствам. На его основе создаются самоочищающиеся покрытия, системы очистки воздуха и воды от вредных веществ, солнечные фотоэлементы и многое другое. Это связано с его свойствами, а именно: не токсичностью, химической стабильностью, низкой стоимостью, высокой фотокаталитической активностью и развитой поверхностью. При всех достоинствах диоксид титана имеет широкую запрещенную зону (порядка 3,0 эВ для фазы рутила и 3,2 эВ для фазы анатаза [1]), поэтому область собственного поглощения лежит в области ультрафиолетового света (длина волны менее 400 нм). Но в солнечном спектре у поверхности Земли на долю УФ излучения приходится менее 4%, в современных искусственных источниках внутридомового и уличного освещения его еще меньше (рис 0.1).
Это обусловлено как чисто физическими причинами (шириной запрещенной зоны синих светодиодов или расположением линий натрия), так и тем, что сильное длительное воздействие ультрафиолетового излучения имеет пагубное влияние на людей. Все это, например, существенно ограничивает применение самоочищающихся поверхностей и панелей для фотокаталитического разложения вредных веществ на основе диоксида титана в жилых помещениях и на улице, как и применение диоксида титана в сфере солнечной энергетики.
В связи с этим, крайне важной задачей является сенсибилизация диоксида титана к видимой области спектра. С целью решения этой задачи было проведено множество научных исследований и разработано несколько способов решения, таких как создание дефектов, легирование, создание гетероструктур, сенсибилизация с помощью органических красителей[1]. Каждый метод имеет свои достоинства и недостатки, так, например, органические красители могут деградировать при длительном использовании.
В этой работе рассматривается подход, использующий для сенсибилизации эффект поверхностно-локализованного плазмонного резонанса, суть которого состоит в нанесении на поверхность диоксида титана наноразмерных частиц благородного металла. Одним из достоинств этого метода является возможность “выбора” спектрального диапазона, где ожидается фотоотклик путем изменения размеров наносимых частиц. В данной работе для исследования золотые наночастицы, в которых данный эффект проявляется.
В связи с этим целью данной работы являлось исследование фотопроцессов в гетероструктурах состоящих из диоксида титана и наноразмерных частиц золота. Особым интересом является изучение механизмов влияния поверхностно локализованного плазмонного резонанса в золотых наночастицах на фотопроцессы в диоксиде титана, поскольку это определяет дальнейшие пути развития таких структур с целью дальнейшего увеличения их фотоотклика при облучении видимым светом.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1.)Получение наночастиц золота.
2.)Создание электродов (образцов) с различной структурой, в состав которых входит диоксид титана и золотые наночастицы, чтобы разница в их фотоотклике позволила бы сделать выводы о механизмах влияния поверхностно локализованного плазмонного резонанса на фотопроцессы.
3.)Их физико-химическая характеризация, для определения соответствия их свойств и структуры требуемой.
4.)Исследование вольтамперных характеристик полученных электродов и их изменения при облучении светом в различных диапазонах
5.)Получение спектральных зависимостей фототока.
6.)На основе полученных данных сделать предположения о реализации того или иного механизма переноса возбуждения с золотых наночастиц на диоксид титана.
Пути решения этих задач изложены в главах 2 и 3 данной работы.
Выводы:
По результатом проделанной работы можно сделать следующие выводы:
1.Получены золотые наночастицы размерами 20-40 нм в водных и спиртовых растворах, проявляющие эффект поверхностно локализованного плазмонного резонанса. Получены частицы с структурой core-shell, где ядром являются золотые наночастицы, а оболочкой диоксид кремния толщиной 10 нм.
2.Созданые электроды с гетероструктурой, из пленки диоксида титана (в некоторых образцах с добавлением алюминия) и наночастиц изолированного и открытого золота.
3.Проведена их физико-химическая характеризация методами рентгеновской дифракции, рентген флуорисцентной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, спектроскопии диффузного отражения.
4.Получены вольт-амперные характеристики и on-off зависимости при фотовозбуждении в различных спектральных областях для созданных образцов, проведено их сравнение.
5.Получены спектральные зависимости эффективности созданных образцов. Показано что фотоактивность при облучении видимым светом убывает в ряду TiO2Al≈TiO2Al+Au>TiO2≥TiO2+Au>TiO2core>TiO2Alcore.
6.Линейные зависимости фототока от интенсивности свидетельствуют об однофотонной генерации носителей заряда
7.Полученные данные не позволяют сделать предположение о механизмах влияния поверхностно локализованного плазмонного резонанса в гетероструктурах Au-TiO2 из-за зависимости коэффициента сбора носителей от состава гетероструктурного композита. Предложен способ решения данной проблемы.
