离子掺杂对TiO2光催化薄膜性能的影响研究-微电子学与固体电子学专业论文.docx

I万方数据 I 万方数据 摘 要 摘 要 采用溶胶－凝胶法制备了 TiO2 薄膜，通过 DSC、XRD、SEM、UV-Vis 等手段研 究了溶液 PH 值和热处理温度对 TiO2 的晶相结构、晶粒大小、薄膜表面形貌、UV-Vis 性能及光催化效率的影响；研究了 Fe3+、La3+不同离子掺杂对薄膜的各性能参数以及 光催化效率的影响；最后提出离子共掺杂的方法，研究了共掺杂的协同作用对薄膜各 性能参数的影响。主要内容如下： 1）薄膜的形成过程中，溶液的 PH 值和热处理工艺对薄膜的性能影响较大。研 究表明：PH 值较大或较小对溶胶的稳定性以及成膜的性质都有不利的影响，最佳的 溶胶制备 PH 值为 7；薄膜的热处理升温过程中，通过延长 100℃温度点的热处理时 间，薄膜的机械性能得到提高；要得到晶型结构完整的锐钛矿相 TiO2，热处理最高 温度应大于 450℃；随热处理温度的升高，TiO2 的晶粒度随之增大，晶化程度越好， 500℃开始有金红石相出现；随着热处理温度升高，薄膜的紫外波段吸收会发生红移， 可见波段的透射率降低。热处理温度最佳值为 500℃左右，相应的甲基橙降解效率最 高为 49%。 2）单相掺杂条件下，Fe3+掺杂抑制了 TiO2 的晶相转变，促进了晶粒的增长，拓 宽了薄膜的紫外及可见吸收范围。Fe3+掺入量为 0.1%时，对薄膜的综合改性作用最佳， 此条件下甲基橙的降解效率达到 62%；La3+离子的掺杂抑制了 TiO2 的晶相转变和晶 粒增长，掺杂后薄膜的 UV-Vis 吸收发生蓝移，光生载流子的激发能增强。此外，La3+ 离子的掺杂也在薄膜中引入了载流子的复合中心，提高了光量子产率，掺杂后薄膜的 光催化能力得到提高。综合研究结果得出 La3+的最佳掺杂比为 0.5%，相应甲基橙的 降解效率为 64%。 3）不同离子的掺杂对 TiO2 改性作用的角度和机理各不相同，通过采用 Fe3+和 La3+两种离子的共掺杂，利用二者的协同效应对 TiO2 光催化薄膜进行改性。XRD 表 明，共掺杂抑制了 TiO2 的晶相转变，细化了薄膜的晶粒，薄膜的 UV-Vis 吸收总体上 较无掺杂的薄膜红移。综合研究结果表明，共掺杂后薄膜的光催化效率高于单相掺杂 和无掺杂本实验条件下，最佳共掺杂量为 Fe3+/La3+为 0.25/0.5，此时甲基橙的降解效 率最高达到 68%。 关键词：TiO2 薄膜；Fe3+/La3+掺杂；改性；光催化 Abst Abstract II万方数据 II 万方数据 Abstract Titanium dioxide thin films have been fabricated on glass plates by the Sol-Gel method. Effects of PH value and heat processing temperature on phase transformation, crystal size, surface morphologies , UV-Vis properties and photocatalysis efficiency were studied through DSC, XRD, SEM, UV-Vis; By doping with Fe3+, La3+ respectively,and co-doping with Fe3+, La3+,the property parameters and photocatalysis efficiency of TiO2 thin film was synthesized. Main contents of this thesis were classified as follows: First, in forming process of TiO2 thin film, PH value and heat process had rather important influence on its property. Researching conclusion indicates: superacid or overlime condition of processing both disbenefited for stabilization of Sol and property of film, the optimal value of Sol preparation was 7; In heating process of film, By lengthening heating temperature at 100℃, mechanical property of thi