磁控濺射TiO2-(TiO2-ZnO)梯度復(fù)合薄膜的制備及光催化性能的研究.pdf

1、采用磁控濺射離子鍍技術(shù)制備系列TiO2-ZNO復(fù)合薄膜，通過調(diào)節(jié)濺射靶材電流的大小控制薄膜中Zn/Ti比值。采用SEM，AFM，Raman和XPS表征薄膜的微觀結(jié)構(gòu)。以甲基橙作為光催化污染物，薄膜的吸光度和對甲基橙溶液的降解率為依據(jù)，研究Zn/Ti對TiO2-ZnO復(fù)合薄膜微觀結(jié)構(gòu)及光催化性能的影響；以優(yōu)化出的(TiO2-ZnO)為主體，制備TiO2為頂層的TiO2/(TiO2-ZnO)梯度結(jié)構(gòu)，通過重復(fù)性光催化及在5％的HCl、5％的

2、NaOH溶液中浸泡實驗，研究頂層TiO2對不同薄膜光催化性能的持久性及穩(wěn)定性的影響。探討頂層的厚度、微結(jié)構(gòu)對薄膜光腐蝕的影響機制。
　　 結(jié)果表明：TiO2-ZNO異質(zhì)復(fù)合薄膜的光催化性能均好于純TiO2，但Zn/Ti不同其光催化能力不同。其中，Zn/Ti為1/9.3的薄膜K值為0.13088，是純TiO2的1.7倍，半衰期t015為其0.7倍。而ZnO提高TiO2-ZnO異質(zhì)復(fù)合薄膜的光催化效率的主要取決于對TiO2微觀結(jié)構(gòu)的

3、影響。首先TiO2-ZNO復(fù)合薄膜的表面顆粒隨Zn/Ti的增加，呈現(xiàn)先減后增的趨勢，其大小分別為20～25nm、16～20nm、8～10nm、14～17nm和30～35nm左右，當Zn/Ti為1/9.3時，表面顆粒尺寸最小，顆粒度也最為均勻；隨著Zn/Ti的增加，薄膜的表面粗糙度先增后減，其大小分別為1.138Ra、1.670Ra、2.455Ra、1.865Ra和1.461Ra，當Zn/Ti為1/9.3時，復(fù)合薄膜的粗糙度最大。但所有T

4、iO2-ZnO復(fù)合薄膜的粗糙度均高于純TiO2；Zn/Ti≤1/9.3時，ZnO的存在能夠抑制TiO2從銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變，而超過該值以后，ZnO的穩(wěn)定作用下降；TiO2-ZnO復(fù)合薄膜的表面羥基含量均高于純TiO2膜，且隨著Zn/Ti的增加，含量呈現(xiàn)先增后減的趨勢，其大小分別為7.15％、12.49％、13.86％、12.53％和10.67％。當Zn/Ti=1/9.3時，復(fù)合薄膜的表面羥基含量最大。其次，Zn/Ti與復(fù)合薄膜的光響

5、應(yīng)范圍及吸光度呈正相關(guān)，但對復(fù)合薄膜波長擴展和紅移的影響程度不同。Zn/Ti越大，波長和紅移的程度越明顯，其中，復(fù)合薄膜可響應(yīng)光波的最大波長達到470nm，已進入可見光范圍，比純TiO2增加了約150nm；能隙寬度也由3.30ev變?yōu)榱?.64ev。
　　 TiO2/(TiO2-ZnO)梯度復(fù)合薄膜的光催化效率最佳，其持久性、穩(wěn)定性和光致親水性能也好，但TiO2的厚度過大時，影響薄膜降解率的大小。在連續(xù)十次紫外光照射降解甲基橙溶

6、液實驗中，TiO2、ZnO、TiO2-ZNO及頂層TiO2厚度不同的兩種TiO2/(TiO2-ZnO)梯度復(fù)合薄膜光降解率的大小和變化不同，其中，薄膜初次光降解率的大小與表面羥基含量成正相關(guān)，TiO2/(TiO2-ZnO)(薄)的降解率高達72％，表面羥基含量也最高，達到14.41；兩種TiO2/(TiO2-ZnO)梯度薄膜和純TiO2膜降解率降解率基本都沒變。而TiO2-ZnO復(fù)合薄膜盡管初次降解率和薄項層的梯度薄膜相近，但十次實驗后

7、降解率的降幅達到23％，ZnO薄膜的降幅高達65％。在5％的HCl和NaOH溶液中浸泡24小時后，不同結(jié)構(gòu)膜的透光率變化也不同。TiO2和兩種TiO2/(TiO2-ZnO)梯度復(fù)合薄膜的透過率變化均未超過2％。而ZnO和TiO2-ZnO膜的透光率分別在腐蝕前后增幅達到47％，46％及15％，22％。在光致親水性能實驗中，TiO2、TiO2-ZnO及兩種TiO2/(TiO2-ZnO)梯度復(fù)合薄膜均具有超親水性能，其中接觸角分別為9.7°、