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TiO_2及其掺杂膜的制备、结构及性能研究

韩莹莹  
【摘要】: TiO2化学稳定性好、无污染、成本低廉、光催化活性高,是目前最具开发前途的催化剂。然而,由于TiO2光催化剂主要依赖于紫外光,对可见光的利用率低,因此限制了它的应用。为了提高TiO2在可见光区范围的吸收,必须对其改性。 本文采用电子束蒸发法分别制备了掺杂Fe、Cu、Al的TiO2薄膜,研究主要工艺参数:掺杂元素种类和含量、基底材料及退火温度对薄膜成分、结构和形貌的影响。借助原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等测试手段对薄膜的表面形貌、晶型结构和成分进行了表征,用紫外-可见分光光度计(UV-Vis)测试TiO2薄膜的吸光度,研究不同元素的掺杂对薄膜可见光吸收范围的影响。结果发现,金属离子的掺杂抑制了TiO2薄膜晶型的转变,并且掺杂后的TiO2薄膜吸收带边发生红移,扩展了其吸收波长的范围。 采用电子束蒸发法制备了掺杂B的TiO2薄膜,探讨了在普通玻璃片、石英玻璃和陶瓷三种不同基底及不同退火温度下对薄膜成分、结构和形貌的影响。研究表明,在石英基底上制备的B-TiO2薄膜效果最好,同时B的掺杂也扩展了薄膜的吸收波长范围。 将所制备的掺杂TiO2薄膜分别以一定比例添加到甲基橙溶液中,通过光催化实验研究其在不同光源、不同甲基橙初始浓度条件下的降解率,分析薄膜的制备工艺参数对其光催化作用的影响。


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