碧波液压网 欢迎你,游客。 登录 注册

离子注入掺杂锐钛矿TiO2薄膜的光学性能

版权信息:站内文章仅供学习与参考,如触及到您的版权信息,请与本站联系。

  

  TiO2由于其具有催化活性高、化学稳定性高、持续时间长、安全无毒以及成本低廉等优点被认为是最具开发前途的环保型光催化材料,有着广阔的应用前景[1-3]。自1972年日本Fujishima和Honda[4]发现TiO2单晶电极光分解水以来,多相光催化反应引起人们的浓厚兴趣,科学家们对此进行大量的研究。尽管TiO2具有如此多的优越特性,但是光催化性能效率不高始终是TiO2应用过程中的一个难题,因此探索该过程的机理,致力提高光催化效率多年来一直是TiO2研究的热点。

  在常见的3种晶体结构的TiO2中,板钛矿型极不稳定,金红石型光催化活性较差,而锐钛矿型具有良好的光催化活性。这是因为锐钛矿型TiO2晶格中含有较多的点缺陷和位错,从而产生较多的氧空位来捕获电子;而金红石型TiO2是最稳定的晶型结构形式,具有良好的晶体结构,存在较少的缺陷来捕获电子,从而加快了表面电子-空穴对的复合速率,其光催化活性较低。然而锐钛矿TiO2具有宽带隙(3.2 eV),以致小于388nm的光才能诱发光催化反应,因此,要提高TiO2光催化效率有两种方式,一是提高紫外光吸收强度,二是将吸收曲线向长波方向移动。很多技术被用来实现这一目标,例如,在TiO2中掺入过渡金属,如Cr,Fe,Ni,V[5-7]。Navio等人研究了用溶胶-凝胶的方法掺杂Fe的TiO2的光催化性能,发现Fe掺杂不仅能够增加TiO2薄膜的催化活性而且可以得到很好的结构特性[8]。2001年Asahi等在Science上报道了氮替代少量的晶格氧可以使TiO2的带隙变窄,在不降低紫外光下活性的同时,使TiO2具有可见光活性[9],大大提高了其光催化效率。因此,N掺杂在改进TiO2薄膜的光催化活性上被认为是一种行之有效的方法。溅射法、脉冲激光沉积法、胺盐与TiO2胶体反应法、机械化学法等均被采用来制备掺氮TiO2,这些方法均在制备TiO2薄膜的过程中进行掺氮[10-13]。本文首先利用射频磁控溅射制备TiO2薄膜,然后通过氮离子注入制备掺氮TiO2薄膜,研究了离子注入前后TiO2薄膜的晶体结构、微观形貌和光吸收性能变化。

  1 实 验

  TiO2薄膜的制备采用射频频率为13.56 MHz,功率为1 kW的多功能真空镀膜设备,分别以体积分数为99.99 %的纯Ar和99.99 %的纯O2气体作为溅射气体和反应气体,靶材为质量分数为99.9 %的金属Ti靶。溅射基体材料为超声清洗的医用载玻片,射频溅射功率为900 W,真空室的本底真空度约为8.0×10-4Pa,工作气压为2.0 Pa,溅射时间为4 h。每次溅射镀膜前,都预先在纯Ar气体中清洗Ti靶5 min,当靶表面辉光放电颜色由紫红色变为蓝白色时,说明靶材已清洗干净,此时,再通入纯O2进行反应溅射制备TiO2薄膜。镀膜完成后,关闭加热管,待真空室冷却至室温后取出样品。在制备过程中,基体的温度分别控制在100, 200和3 00℃。然后在薄膜中分别注入能量为60 keV,注量为5×1016, 1×1017,5×1017/cm2的N离子。注入过程中靶室真空度保持在1.5×10-3Pa左右,靶台旋转以提高注入均匀性并采用循环水冷却靶台使基体温度保持在室温。同时,为避免样品过热,离子束流密度控制在1μA/cm2。

你没有登陆,无法阅读全文内容

您需要 登录 才可以查看,没有帐号? 立即注册

标签:
点赞   收藏

相关文章

发表评论

请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。

用户名: 验证码:

最新评论