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共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究

闫国田  
【摘要】:阳极氧化技术制备的TiO_2纳米管阵列具有分布均匀、结合牢固、极高的有序结构和极低的团聚程度、高的量子效率等特点。在光电作用下,光生电子能快速进入TiO_2纳米管导电基体,从而大大降低了光生电子-空穴对复合的可能性,表现出较好的光电催化活性。但TiO_2是一种宽禁带半导体材料(Eg = 3.2 eV),只能吸收太阳光谱中的紫外光部分,而紫外光只占太阳光总能量的5%左右,因此如何提高TiO_2对可见光的光响应仍然是目前该领域的研究热点。 本文采用阳极氧化法制备出TiO_2纳米管阵列薄膜,并对其掺杂以及复合等改性研究,考察了它们的光催化活性和光电性能。具体研究内容如下: (1)采用电化学阳极氧化法,在含NH_4F的乙二醇电解液中制备TiO_2纳米管阵列薄膜,考察了氧化参数(偏压、氧化时间、NH_4F浓度)对TiO_2纳米管形貌的影响。此外,还研究了后处理温度和TiO_2纳米管长度对光催化活性、光电流性能的影响。 (2)将TiO_2纳米管阵列薄膜和硫脲置于管式炉中,真空条件下热处理制备得到了氮硫共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜。X射线光电子能谱(XPS)表征结果显示N和S同时进入TiO_2的晶格中,扩展了可见光吸收范围,提高了可见光光催化降解亚甲基蓝的能力,增强了可见光光电流响应。 (3)在TiO_2纳米管阵列薄膜(TiO_2NTAs)表面真空溅射沉积Mo,进一步热处理制备得到N-TiO_2/MoO_3纳米管阵列复合薄膜。结果表明,Mo的引入有利于N掺杂到TiO_2晶格中,而且MoO_3和TiO_2复合有利于改善其对光吸收的能力。在可见光照射下,N-TiO_2/MoO_3纳米管阵列复合薄膜比TiO_2纳米管阵列薄膜具有更好的光催化活性和光电性能。


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