摻Cu納米TiO2薄膜材料及其光電性能的研究.pdf

1、TiO2是一種重要的無(wú)機(jī)功能材料，可制備電介質(zhì)材料、光催化材料、太陽(yáng)能電極材料、傳感器等，有極好的應(yīng)用前景。近些年來(lái)TiO2材料光催化降解有機(jī)污染物及提高材料光響應(yīng)范圍，從而提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率等課題成為研究熱點(diǎn)。但其較寬的禁帶寬度(3.2eV)，只能對(duì)波長(zhǎng)小于387nm以下的紫外響應(yīng)，大大制約其發(fā)展及應(yīng)用。本文通過(guò)對(duì)其進(jìn)行金屬摻雜改性，改變其禁帶寬度，并成功制備出了光吸收限為450nm的TiO2納米管薄膜，大大提高了TiO2材料的光吸收

2、范圍，拓寬了TiO2材料應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 本文主要工作:
　　 1)首先，采用磁控濺射法，通過(guò)討論濺射氣壓、氧氬比和退火工藝制備出了結(jié)晶良好的銳鈦礦相TiO2薄膜，結(jié)合此最優(yōu)工藝，采用磁控射頻共濺射法，制備了Cu、W、Zn、Ag等金屬離子摻雜的銳鈦礦相TiO2納米薄膜，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)獲得最佳的摻雜金屬，并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)獲得光催化性能最好的摻雜TiO2薄膜。
　　 2)其次，通過(guò)陽(yáng)極氧化法制備TiO2納米管陣列，對(duì)比H

3、F-水體系電解液與NH4F-乙二醇體系電解液制備的納米管形貌，探討各種工藝參數(shù)對(duì)TiO2納米光陣列生長(zhǎng)的影響。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，得到最佳形貌的TiO2納米管陣列。
　　 3)再次，選擇最佳摻雜金屬對(duì)TiO2納米管陣列進(jìn)行金屬摻雜，用AUTOLAB電化學(xué)工作站測(cè)試其太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率，驗(yàn)證金屬離子摻雜對(duì)納米管性能的影響。采用冷場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，X射線衍射儀，XPS光電子能譜儀、紫外可見(jiàn)光譜儀等分析手段對(duì)復(fù)合半導(dǎo)體薄膜進(jìn)行性能表征。
　　

4、 結(jié)果表明:
　　 1)在濺射氣壓為0.7Pa,氧氬流量比為0∶40，退火溫度為500℃時(shí)制備出結(jié)晶良好的銳鈦礦型TiO2薄膜。在金屬離子摻雜實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)采用磁控濺射法制備的30W功率下Cu離子摻雜的TiO2復(fù)合半導(dǎo)體薄膜，其光吸收限發(fā)生明顯紅移，拓寬至可見(jiàn)光區(qū)域。
　　 2)由納米氧化鈦SEM照片可知，NH4F-乙二醇體系制備出的TiO2納米管陣列，無(wú)論從生成納米管的有序性、均勻性，還是從管徑大小上來(lái)分析，其性能均優(yōu)于