刘 元

(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西 南昌 330063)

1 引言

电子具有波粒二象性。在半导体中电子动能较低，德布罗意波长较长，电子的运动容易受到空间的束缚。当材料某一维度的尺寸可与电子的德布罗意波长相比拟时，电子就失去了一个空间自由度，而被量子化的限制在离散的本征态。此时，电子的粒子行为与体材料中相比发生了显著变化。具有这种性质的材料称为半导体低维材料，也称为半导体纳米材料[1-6]。

在过去的研究中，科学家们把大量努力集中在了制备各种以TiO2为基础的光电化学结构上，其中最主要的是一种由TiO2纳米粒子晶体组成的几微米厚的薄膜结构。在这个薄膜结构中粒子相互接触所形成的界面产生了大量的电子陷阱，导致电子空穴复合机率的提高。而实验证明，TiO2纳米线阵列具有较低的电子空穴复合几率[7-13]。

一维尺寸的纳米线结构可以使光子的吸收和光生电荷的收集分别在不同方向相对独立进行，提高了材料的光量子效率[13,14]。而且由于纳米线直径很小，TiO2受激产生的光生空穴需要扩散的长度很短，空穴仅需通过TiO2纳米线直径就可扩散至表面，从而进行了有效地电荷转移。另外，虽然TiO2纳米线中的电子迁移率低，但TiO2的线性结构迫使电子沿着直线传播，大大缩短了电子的传输距离，最终到达导电接触面，提高了电荷的有效传递率[15-18]。就是因为TiO2纳米线这种各向异性的结构特征，使得光生载流子能够快速迁移传递，故大大降低了电子空穴的复合几率[19-21]。……