2结果与讨论

2.1孔密度对TiO2多孔薄膜光电特性的影响

　　为研究孔密度对于制备的TiO2纳米多孔薄膜光电特性的影响，根据之前的研究结果[9-10]，制备了一组孔径大小相似，但是孔密度相差较大的TiO2纳米多孔薄膜试片，并采用开路电位-时间曲线、计时电流-时间曲线以及交流阻抗图谱对制备出的试片的光电化学性能进行了分析。测试结果如图5及表1所示。图5为不同孔密度的TiO2纳米多孔薄膜开路电位-时间曲线，表1为相应的开路电位在光照和非光照下的变化值。由于光照能够促使纳米TiO2多孔薄膜表面产生光生电子及空穴对，生成的光生电子及空穴紧接着发生分离并扩散至电极与溶液接触面形成的双电层界面，使双电层的带电状况发生变化，进而改变双电层的结构，双电层结构的变化最终导致电极开路电位即稳定电位数值的改变。因此通过测试电极在光照及非光照两种情况下的开路电位，计算出该电位数值的变化，即Δφ来评价材料对于光的敏感性，电极材料对光照越敏感，开路电位的变化值越大，即材料的光电性能越好。从图5及表1的测试结果可以看出，当孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2时，试片在光照和非光照时开路电压的变化值Δφ最大，即该孔径及孔密度的TiO2多孔薄膜对光照最敏感，具有最佳的光电化学特性。图6、图7分别为无光照及光照下不同孔密度的TiO2纳米多孔薄膜的交流阻抗谱图，表2为相应的交流阻抗谱图的模拟数据。由于阻抗谱图中阻抗半圆直径的大小对应着电化学反应电阻的大小，阻抗半圆直径越大即阻抗半圆弧越大意味着电化学反应电阻越大，即电化学反应进行越困难，因此可以通过测试光照及非光照下试片材料阻抗谱图，比较阻抗半圆直径的大小来评价材料的光电化学性能。从图6、图7及表2的测试及模拟结果可以看出，所有试片在光照情况下的电化学反应电阻均较非光照条件下明显下降，即所有试片均对光照具有敏感性，光照时相关电化学反应更容易发生。且经过进一步对比发现孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2的试片在光照及非光照下均具有最小的电化学反应电阻，即该条件下的试片对光照最敏感，具有最佳的光电化学特性。此结论与开路电位-时间曲线的分析相一致。图8为不同孔密度的TiO2纳米多孔薄膜的计时电流-时间曲线，表3为通过对计时电流-时间曲线积分计算所得的相应的比表面积数值。通过表3的数据可以看出，孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2的试片的比表面积最大，数值为11.30，而比表面积越大，越有利于提高材料的光电性能，由此可见该条件下的试片的性能应最佳，此结论与之前的开路电位-时间曲线以及交流阻抗谱图的分析结果相一致。综合以上分析可以看出，当孔径大小在103nm左右时，光电性能最佳的TiO2纳米多孔薄膜的孔密度为10×108个/cm2。

2.2孔径对TiO2多孔薄膜光电特性的影响

　　为研究孔径对制备的TiO2纳米多孔薄膜光电特性的影响，根据之前的研究[9-10]，并结合2.1的分析结果，制备了一组孔密度为10×108个/cm2左右，但是孔径相差较大的TiO2纳米多孔薄膜试片，并采用开路电位-时间曲线、计时电流-时间曲线以及交流阻抗谱图对制备出的试片材料的光电化学性能进行了分析。图9为不同孔径的TiO2纳米多孔薄膜开路电位-时间曲线，表4为相应的开路电位在光照和非光照下的变化值。从图9及表4可以看出，当孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2时，试片在光照和非光照时开路电压的变化值Δφ最大，即该孔径及孔密度的TiO2多孔薄膜对光照最敏感，具有最佳的光电化学特性。图10、图11分别为无光照及光照下不同孔径的TiO2纳米多孔薄膜的交流阻抗谱图，表5为相应的交流阻抗的模拟数据。从图10、图11及表5可以看出，所有试片在光照情况下的电化学反应电阻均较无光照条件下明显下降，即所有试片均对光照具有敏感性，在光照情况下相关电化学反应更容易发生。且经过进一步对比发现，孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2的试片在光照及非光照下均具有最小的电化学反应电阻，即该条件下的试片对光照最敏感，具有最佳的光电化学特性。此结论与开路电位-时间曲线的分析相一致。图12为不同孔径的TiO2纳米多孔薄膜的计时电流-时间曲线，表6为通过对计时电流-时间曲线积分计算所得的相应的比表面积数值。通过表6的数据可以看出，孔径为103nm，孔密度为10×108个/cm2的试片的比表面积最大，数值为11.30。比表面积越大，越有利于提高材料的光电性能。由此可见该条件下的试片的性能最佳，此结论与开路电位-时间曲线以及交流阻抗谱图的分析结果相一致。综上分析可以看出，当孔密度在10×108个/cm2左右时，电性能最佳的TiO2纳米多孔薄膜的孔径为103nm。