基于ZnO、TiO2光催化薄膜制備及其性能的研究.pdf

1、采用濺射法分別制備了不同Gd摻雜量的ZnO系列薄膜（Gd摻入量為0~2.0at%）和N摻雜TiO2系列薄膜（沉積溫度為RT~600℃）。利用電子探針（EPMA）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）、X射線光電子譜（XPS）、紫外-可見分光光譜儀、瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀，對(duì)Gd摻雜ZnO系列薄膜以及N摻雜TiO2薄膜的成分、微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)特性與光催化性能進(jìn)行了表征和分

2、析。主要研究結(jié)果如下：
　　I利用射頻（RT）磁控濺射方法制備了不同Gd摻雜ZnO系列薄膜，且沉積溫度為600℃。通過對(duì)薄膜的XRD和TEM選區(qū)電子衍射的測(cè)定與分析，Gd摻雜ZnO薄膜均具有單一的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)，并且隨著Gd摻雜濃度的增加薄膜的晶粒尺寸逐漸減小；SEM圖像觀察顯示Gd摻雜濃度為0.7at%的薄膜和純的ZnO薄膜具有薄膜/納米線結(jié)構(gòu)；XPS分析結(jié)構(gòu)顯示：Gd摻雜ZnO薄膜中Gd的化合價(jià)為+3價(jià)態(tài)；PL光譜結(jié)果顯示Gd

3、摻雜能夠顯著提高薄膜中與缺陷相關(guān)的深能級(jí)發(fā)光，其中1.6at%Gd摻雜ZnO薄膜發(fā)光強(qiáng)度比純ZnO薄膜強(qiáng)近5倍；通過對(duì)不同Gd摻雜量的ZnO薄膜在紫外光燈照射下亞甲基藍(lán)溶液的降解測(cè)試表明：Gd摻雜濃度為0.7at%的薄膜具有較高的光催化能力，但是隨著Gd濃度的增加，Gd摻雜ZnO薄膜的光催化性能明顯降低。
　　II利用直流（DC）磁控濺射方法在不同沉積溫度下制備了N摻雜TiO2薄膜。N摻雜TiO2薄膜的相結(jié)構(gòu)：?jiǎn)我讳J鈦礦相（RT-

4、400℃）和銳鈦礦與金紅石混相（600℃）；薄膜的晶粒尺寸隨著沉積溫度的增加，呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；N摻雜會(huì)使TiO2薄膜的禁帶寬度增加，其光學(xué)帶隙數(shù)值分別為3.36±0.04eV（RT、200℃、400℃）、3.32eV（600℃）；隨著沉積溫度的增加，N摻雜TiO2薄膜光催化活性逐漸提高，其中沉積溫度為室溫、200℃、400℃、600℃的N摻雜TiO2薄膜的光催化反應(yīng)速率常數(shù)即k值分別為0.011、0.012、0.014、0.021min