TiO2-SnO2异质结电极:紫外光探测器的新突破

紫外光探测技术是继红外和激光传感器之后,发展起来的又一重要光电探测技术,在军事和民用两方面都具有重要应用价值。

最近,兰州大学物理科学与技术学院谢二庆教授领导的研究小组在电纺丝制备的SnO2纳米线网络结构上外延生长了TiO2树枝状结构,并将该TiO2-SnO2树枝状异质结结构应用于高灵敏度的自供能紫外光探测器(Small, DOI: 10.1002/smll.201202408)。这是首次在没有种子的多晶结构纳米线网络结构上生长异质结结构,而多晶结构有利于在SnO2纳米线表面均匀稠密地覆盖TiO2树枝状结构,进而为形成高效的核壳结构提供了方便。

为了解决传统的TiO2纳米颗粒膜在界面复合和载流子传输上的不足,研究人员首先在FTO导电玻璃上将电纺丝制备的SnO2纳米线制备成薄膜,由于一维SnO2纳米线具有更高的载流子迁移率,因此可视作“电子高速公路网络”,但是由于SnO2的导带边较低导致光生载流子的复合损失大而限制了器件的性能。而采用溶液异质外延生长具有较高导带边TiO2纳米树枝可以形成核壳结构,从而有效的抑制了界面复合,同时提高了比表面积。和TiO2纳米颗粒膜比较,TiO2-SnO2树枝状异质结结构具有更高的光敏感度、更快的响应时间,因此在弱光检测中表现出更加优异的性能。

该结构成功的将光的俘获和载流子的传输两个过程分开,并将两种材料各自的优势结合起来,为紫外光检测技术以及其他基于光电化学效应的应用研究,如染料敏化太阳能电池(Dye-sensitized solar cells)和光电化学制氢(Photoelectrochemical hydrogen production)等领域,提供了新的思路。