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纳米二氧化钛及其掺杂薄膜的制备与性能研究

耿小艳  
【摘要】:针对目前纯TiO_2薄膜在光催化领域存在的问题,本文提出了TiO_2薄膜光催化剂改性的设想,采用掺杂氮来制备TiO_(2-x)N_x薄膜,以及在此基础上掺杂稀土元素Y的方法来改善TiO_2薄膜的光学性能和光催化性能。 本文采用多弧离子镀膜法制备了纯TiO_2薄膜、掺杂N的TiO_2薄膜,并率先制备了N、Y共掺杂TiO_2薄膜。使用纯Ti靶,在Ar/O_2气氛中沉积了纯TiO_2薄膜,在N_2/O_2混合气氛中沉积了TiO_(2-x)N_x薄膜;使用TiY合金靶,在N_2/O_2混合气氛中沉积了N、Y共掺杂TiO_2薄膜。采用X射线衍射仪对纯TiO_2薄膜、TiO_(2-x)N_x薄膜、N、Y共掺杂TiO_2薄膜的晶体结构进行了分析;用原子力显微镜、扫描电镜对上述薄膜的形貌进行了观测;通过紫外—可见分光光度计、721型分光光度计对制备薄膜的吸收率、透射率及光催化活性进行了测试。 实验结果表明:经500℃热处理的纯TiO_2薄膜、TiO_(2-x)N_x薄膜及N、Y共掺杂TiO_2薄膜的晶体结构均为锐钛矿型。 离子束辅助沉积制备的纯TiO_2薄膜的光催化性能较好,且光透过率高,吸收性能好。对不同热处理温度下纯TiO_2薄膜光催化性能的研究发现,在400℃热处理温度下,纯TiO_2薄膜具有较好的光催化性能,且随着热处理温度的升高,该薄膜的吸收峰明显向长波方向移动。TiO_(2-x)N_x薄膜在紫外光下的光催化效果较纯TiO_2薄膜的略有降低,其在紫外光范围内,薄膜的光吸收能力明显的低于纯TiO_2薄膜的。 首次研究发现未加离子束辅助沉积制备N、Y共掺杂TiO_2薄膜在紫外光照射下的光催化效果较纯TiO_2薄膜、TiO_(2-x)N_x薄膜都高,而用离子束辅助沉积制备的N、Y共掺杂TiO_2薄膜的光催化性能却降低,同时还发现未加离子束辅助沉积的N、Y共掺杂TiO_2薄膜的吸收光谱向长波方向发生了不同程度的移动。


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