TiO2-ITO納米薄膜光催化電極的MOCVD制備及其摻雜改性的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)作為光催化技術(shù)中的核心材料，近幾十年來(lái)得到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，TiO2光催化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還存在著如光生載流子的易復(fù)合而導(dǎo)致光催化效率低、光響應(yīng)范圍窄所造成的太陽(yáng)光利用率低、以及催化劑的有效負(fù)載等問(wèn)題，制約了TiO2光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用。
　　 本文采用MOCVD方法在氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃表面沉積納米TiO2薄膜，組裝成為同時(shí)具有透光性和導(dǎo)電性的TiO2/ITO固定化納米薄膜電極，應(yīng)

2、用于光電催化體系降解有機(jī)污染物。同時(shí)，通過(guò)以非金屬B和過(guò)渡金屬Fe摻雜TiO2較好的解決了TiO2對(duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的問(wèn)題。論文取得了如下主要研究成果:
　　 采用計(jì)算流體力學(xué)技術(shù)對(duì)TiO2薄膜的MOCVD制備過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，薄膜生長(zhǎng)速率隨著沉積溫度的提高而變大;載氣流量對(duì)于基片附近TTIP濃度的影響更為顯著;薄膜生長(zhǎng)速率隨著源溫度的提高而提高。優(yōu)化的操作參數(shù)范圍為:沉積溫度1023K，源溫度363K，載氣流量6～7SLM

3、。在此條件下，薄膜的生在速率約為75nm/min。沉積溫度623K左右時(shí)，對(duì)薄膜生長(zhǎng)速率和薄膜均勻性影響的主要參數(shù)為沉積溫度，沉積過(guò)程為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)控制。823K左右時(shí)各個(gè)參數(shù)對(duì)于薄膜的生長(zhǎng)速率都有一定程度的影響。1023K左右時(shí)薄膜生長(zhǎng)過(guò)程轉(zhuǎn)為傳遞控制。薄膜生長(zhǎng)速率的變化以沉積溫度和載氣流量的共同影響為主，而薄膜的均勻性主要受載氣流量的影響。
　　 通過(guò)對(duì)TiO2/ITO薄膜的生長(zhǎng)模式及其性能的研究，發(fā)現(xiàn)所制備的TiO2薄膜均為

4、銳鈦礦相，晶型結(jié)構(gòu)良好;薄膜的生長(zhǎng)表現(xiàn)出明顯的S-K模式;650℃沉積溫度下制備的薄膜晶粒粒徑約為26nm，當(dāng)薄膜厚度約為527nm時(shí)，具有最佳的紫外光催化活性，其催化降解甲基橙(MO)的降解率在背面光照的光電催化條件下120min內(nèi)可達(dá)97％，表觀反應(yīng)速率常數(shù)比普通的光催化提高2倍。
　　 采用MOCVD方法在制備TiO2薄膜的過(guò)程中完成了不同含量的非金屬B的摻雜。研究表明，B的摻雜可將TiO2的禁帶寬度縮小至2.92eV，使

5、其具有可見(jiàn)光響應(yīng)，且光催化效果得到顯著提高，5at.％的B摻雜的TiO2/ITO薄膜在可見(jiàn)光條件下光電催化降解MO，120min降解率可達(dá)80％以上。綜合實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算的研究結(jié)果表明，MOCVD制備的B摻雜TiO2薄膜電極中B的摻雜以B替代O為主，有部分B進(jìn)入晶格內(nèi)形成Ti-O-B鍵，并有少量以B2O3形式存在。
　　 過(guò)渡金屬Fe摻雜TiO2/ITO薄膜電極的研究表明，適當(dāng)濃度的Fe摻雜對(duì)薄膜紫外光條件下的光催化降解過(guò)程有增強(qiáng)