改性TiO2薄膜的制備及性能研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)薄膜具有優(yōu)異的光催化和光致親水性能,其化學性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、成本低,是理想的光催化劑,應用前景廣闊,包括防霧、殺菌、消毒、防污、自清潔等。然而,TiO2在實際應用過程中也存在著一些缺陷:①光生載流子容易復合,量子效率低;②光學帶隙較大,吸收波長范圍窄,主要集中在紫外區(qū)域,只能吸收利用太陽光中占4％左右的紫外線部分。TiO2光催化技術(shù)的應用和發(fā)展被這些缺陷所制約,如何拓展TiO2的光譜響應范圍和提高TiO2的量子產(chǎn)率是解

2、決TiO2薄膜應用的關(guān)鍵。因此,研制可見光激發(fā)的高效納米TiO2半導體薄膜具有重大意義。
　　 目前制備TiO2薄膜主要采用的方法有磁控濺射法、化學氣相沉積法和溶膠-凝膠法等,其中溶膠-凝膠法是制備TiO2薄膜最常用的方法之一。由于Ti4+離子極易水解,傳統(tǒng)溶膠-凝膠法中都要使用大量的有機溶劑或強酸溶液,造成環(huán)境污染,本實驗采用氨水改性過氧鈦酸溶膠-凝膠法制備了TiO2前驅(qū)體溶液,該反應采用水作為反應介質(zhì),雙氧水做絡(luò)合劑,具有環(huán)

3、境污染小和生產(chǎn)成本低等特點。
　　 本實驗采用過氧鈦酸溶膠-凝膠法制備了TiO2薄膜并對其進行Fe、N摻雜改性,對不同工藝條件制備的TiO2薄膜進行了EDX、AFM、XRD、紫外可見光吸收光譜、光致親水性以及光催化降解亞甲基藍測試。本文研究了不同離子摻雜對TiO2薄膜的表面形貌、晶體結(jié)構(gòu)、光學性能、光致親水性以及光催化性的影響。找出制備具有親水性和催化性TiO2薄膜的最佳工藝條件。
　　 在以玻璃為基底制備的TiO2薄膜

4、的研究結(jié)果表明:4層膜厚500℃退火2h的TiO2薄膜的親水性最好,在紫外光照射1h后薄膜表面水的接觸角為4°達到了超親水狀態(tài)。4層膜厚400℃退火2h的TiO2薄膜的光催化性最好,在紫外光照2h后能夠分解20.5％的亞甲基藍溶液。
　　 對TiO2薄膜進行Fe摻雜研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):Fe摻雜抑制了TiO2晶粒的生長,使薄膜的吸收帶紅移,在紫外光照射下,低濃度Fe摻雜TiO2薄膜的親水性能要優(yōu)于未摻雜TiO2薄膜,高濃度摻雜的TiO2

5、薄膜的親水性能比未摻雜TiO2薄膜差。N摻雜TiO2薄膜的研究發(fā)現(xiàn):隨著摻雜濃度的增加TiO2薄膜的吸收帶逐漸紅移,當N、Ti摩爾比為2:1時,TiO2薄膜的吸收帶已經(jīng)紅移到了可見光區(qū)。在可見光照3h后,N、Ti比為2:1和3:1的N摻雜TiO2薄膜能達到超親水狀態(tài),N、Ti比為3:1的TiO2薄膜在可見光下的催化活性最好。
　　 Fe、N共摻雜TiO2薄膜的研究表明:Fe、N共摻雜TiO2薄膜具有可見光活性,在光照下Fe、N共