直流反應(yīng)磁控濺射制備Cu2O-TiO2復(fù)合薄膜及其光催化性能的研究.pdf

1、近年來，半導(dǎo)體氧化物光催化成為最熱門的研究領(lǐng)域之一。半導(dǎo)體材料TiO2具有無毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，廉價(jià)，降解有機(jī)物徹底等優(yōu)點(diǎn),被廣泛地應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。但是TiO2是一種禁帶寬度較大的n型半導(dǎo)體材料，只能被紫外光所激發(fā)，太陽能的利用率大大降低，另外光激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴復(fù)合率較高，使得光催化效率也難以提高。大量研究表明，將TiO2與某些窄帶半導(dǎo)體進(jìn)行納米尺度上的復(fù)合，利用兩種半導(dǎo)體導(dǎo)帶和價(jià)帶的能帶位置不同，不僅可以提高電子空穴的分離率，還可

2、以提高太陽光的利用率，增強(qiáng)穩(wěn)定性。Cu2O是一種禁帶寬度較窄的p型半導(dǎo)體，禁帶寬度約為2.2eV，能被可見光激發(fā)，具有良好的光催化性能，無毒且廉價(jià)。
　　本論文主要工作是采用直流反應(yīng)磁控濺射法在載玻片基底上制備Cu2O、TiO2單一薄膜及Cu2O/TiO2復(fù)合薄膜。利用X射線能譜儀(EDS)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)等測(cè)試技術(shù)來對(duì)薄膜的組分、結(jié)構(gòu)、表面形貌等微觀性能進(jìn)行表征。采用氙燈作為光源，測(cè)定了各種薄膜

3、對(duì)亞甲基藍(lán)(MB)的光催化降解率。XRD的結(jié)果表明，Cu2O在濺射的過程中，晶體的生長(zhǎng)存在擇優(yōu)現(xiàn)象，通過實(shí)驗(yàn)證明，不同的晶面對(duì)亞甲基藍(lán)的光催化作用不同，(111)的光催化作用要優(yōu)于(110)和(220)晶面，所以應(yīng)該將濺射時(shí)間控制在5min內(nèi)。對(duì)Cu2O/TiO2復(fù)合薄膜來說，當(dāng)TiO2含量不變即功率100W濺射1h時(shí)，其光催化效率隨著Cu2O含量的增加出現(xiàn)先提高而后下降，研究表明，當(dāng)Cu2O含量為2.6％時(shí)，光催化效果最好，60min

4、內(nèi)MB的降解率達(dá)到了73.6%，這是因?yàn)樯倭康腃u2O提高了復(fù)合薄膜對(duì)太陽光的利用率并且更有利于電子-空穴的分離，但是過多則會(huì)導(dǎo)致電子空穴難以遷移至表面進(jìn)行反應(yīng)，從而降低了催化效果。同時(shí)對(duì)通入氣氛和溶液pH值條件進(jìn)行了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通入空氣效果要優(yōu)于N2，因?yàn)镺2對(duì)光生電子的捕獲增大了電子-空穴的分離率，延長(zhǎng)了載流子的時(shí)間。從pH值的影響來看，堿性條件下要更優(yōu)于酸性條件，這是因?yàn)閴A性條件下更有利于?OH生成，也易于對(duì)MB分子的吸附和空穴