Zn摻雜TiO2納米薄膜的制備及其光學(xué)性能研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，環(huán)境問(wèn)題和能源問(wèn)題成為人類(lèi)面臨的兩大首要問(wèn)題。TiO2作為一種安全無(wú)毒且取材方便的半導(dǎo)體材料，因其在光催化和光電效應(yīng)方面的優(yōu)秀性能，在緩解環(huán)境問(wèn)題和有效利用太陽(yáng)能方面有很廣泛的應(yīng)用前景。但因?yàn)門(mén)iO2較寬的禁帶寬度(3.2 eV)，使其只能吸收占太陽(yáng)光總能量很少的紫外光;同時(shí)TiO2光生電子與空穴復(fù)合快，導(dǎo)致其光量子效率低。使用金屬離子摻雜及半導(dǎo)體復(fù)合是解決上述問(wèn)題的有效方法。
　　本文采用溶膠-凝膠法

2、配合旋涂法，在玻璃基底上制備了TiO2納米薄膜，研究了不同熱處理溫度對(duì)薄膜結(jié)晶程度及光學(xué)性能的影響。同時(shí)制備了摻雜ZnO和Zn2+不同相成分的TiO2/ZnTiO3復(fù)合薄膜，并對(duì)影響復(fù)合薄膜性能的因素進(jìn)行了探討。利用掃面電子顯微鏡(SEM)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、X射線(xiàn)光電子能譜(XPS)、紫外-可見(jiàn)吸收光譜(uv-vis)對(duì)其形貌、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成和光譜響應(yīng)特征進(jìn)行了表征。以亞甲基藍(lán)(MB)溶液在紫外光下的脫色降解為模型反應(yīng)，考察了

3、不同ZnO及Zn2+摻入比例對(duì)復(fù)合薄膜的光催化性能影響。以氙燈為光源模擬陽(yáng)光，考察了Zn摻雜后復(fù)合薄膜的光電性能。
　　通過(guò)溶膠-凝膠法制備的TiO2納米薄膜及粉體，經(jīng)不同的溫度熱處理后，TiO2納米材料的結(jié)晶性能和表面形貌都有所不同。熱處理溫度較低時(shí)，TiO2結(jié)晶程度不高;隨著熱處理溫度升高，TiO2的結(jié)晶性能提高。其中，550℃處理后，TiO2薄膜材料的結(jié)晶度高，晶粒分布均勻，晶粒大小約為30nm;而處理溫度為650℃時(shí)TiO

4、2由銳鈦礦轉(zhuǎn)變成了金紅石相。不同溫度處理后的TiO2納米薄膜對(duì)紫外光的吸收能力有所不同。其中，經(jīng)550℃處理后的材料對(duì)紫外光的吸收能力最強(qiáng);650℃處理后的材料光吸收曲線(xiàn)有一定藍(lán)移;且不同溫度處理后的材料在可見(jiàn)光區(qū)都無(wú)明顯吸收。經(jīng)550℃熱處理，結(jié)晶性能及表面形貌都較好的銳鈦礦相TiO2在紫外光照下催化降解MB溶液的能力很強(qiáng)。經(jīng)300 min紫外光照，催化降解MB溶液效率達(dá)85％。而經(jīng)650℃熱處理的銳鈦礦與金紅石相混晶薄膜在紫外光照下

5、催化降解MB溶液的能力較弱，經(jīng)300 min紫外光照，約降解75％。
　　通過(guò)將不同比例ZnO粉末加入TiO2溶膠前驅(qū)體中的方法制備出TiO2/ZnTiO3復(fù)合光催化薄膜，在550℃下焙燒2h后得到不同TiO2晶型和鈣鈦礦相ZnTiO3的復(fù)合薄膜。TiO2/ZnTiO3復(fù)合光催化薄膜中TiO2的晶型明顯影響復(fù)合薄膜在紫外光下的光吸收性能，且復(fù)合結(jié)構(gòu)中鈦酸鋅的含量對(duì)試樣在紫外光區(qū)的吸光度隨著鈦酸鋅含量的增加呈現(xiàn)先增強(qiáng)然后減弱的趨勢(shì)。

6、在TiO2/ZnTiO3復(fù)合光催化薄膜結(jié)構(gòu)中，當(dāng)ZnTiO3相含量較低時(shí)，銳鈦礦相TiO2、金紅石相TiO2、鈣鈦礦相ZnTiO3形成的三相復(fù)合薄膜在紫外光下的光催化活性?xún)?yōu)于純TiO2，經(jīng)300 min紫外光照后，降解MB溶液約為93％。
　　以醋酸鋅為Zn2+源，通過(guò)溶膠-凝膠法制備了TiO2與鈦酸鋅復(fù)合的納米薄膜材料。在550℃焙燒2h后得到不同TiO2晶型和鈣鈦礦相ZnTiO3的復(fù)合薄膜。以醋酸鋅為Zn源進(jìn)行摻雜后，薄膜表面