Vol.27 No.6 李城等：光化学沉积法制备摻杂TO:薄膜 ·699· 1.3亲水性能的测试 薄膜的亲水性能使用照相法测量在紫外光 照条件下薄膜和水的接触角的变化来表征.紫外 灯与样品的距离为20cm. 人C掺杂 人Fe“卷杂 1.4光催化反应活性的测试 辶未掺杂 TiO,薄膜的光催化性能由15W紫外石英杀 菌灯照射TO,薄膜分解甲基橙溶液来表征.紫外 10 203040 5060 708090 20/() 灯的光强度约为304μW·cm2,用紫外线强度计 图】薄膜的XRD谱图 (TN-2340,中国台湾泰纳)测量.具体过程：在100 Fig.1 XRD patterns of all films mL烧杯中放入薄膜样品和1.46×10-3molL的 匀的沉积在TiO2薄膜表面.图2为掺杂TO2薄膜 甲基橙溶液50mL,然后把紫外灯插入溶液中照 射.经过一段时间照射后，用UV-2000分光光度 和未掺杂TiO2薄膜的SEM图谱. 由图2可以看出：未掺杂TO2薄膜表面徽结 计测定甲基橙溶液在490nm处的吸光度，根据反 构光滑平坦，TiO2颗粒多在100nm以下，颗粒分 应物浓度对反应速度的关系，可以判断和比较各 散而且粒径均匀.掺杂铁的TO,薄膜表面出现大 TO2薄膜光催化的活性. 量100nm左右分布相对均匀的颗粒，这些颗粒很 2结果和讨论 有可能为铁的氧化物沉积而成.而摻杂铬的TO, 薄膜呈现出网状的花纹状图案，很有可能是因为 2.1XD研究 铬的氧化物在感光分解沉积过程中的规律有所 图1表示在载玻片上制备的未掺杂薄膜和糁 不同.由此可以看出，在制备好的TO薄膜表面 杂薄膜经过500℃热处理后的XRD谱图.可以看 沉积过渡金属氧化物，可能因为氧化物的不同而 出，未掺杂的薄膜表现出明显的锐钛矿晶相，其 形成不同的微观形貌.这可能和不同氧化物从盐 衍射峰的强度由于受到玻璃基板的影响而有所 溶液中感光分解沉积的规律有关， 减弱.在铁离子掺杂的TO,薄膜谱图上也表现为 2.3XPS分析 明显的锐钛矿晶相，并没有发现铁的氧化物的衍 图3(a)为Fe离子掺杂的薄膜表面的PS窄 射峰.这可能由于在TO2薄膜上沉积的铁的氧化 谱扫描图谱，其中Fep2的结合能的峰值为711.46 物的量太少，粒径小而且分散均匀，所以很难被 eV,同文献报道的FezO,的结合能吻合，.由此可 检测到.在铬氧化物沉积的TO2薄膜上也表现出 以推断掺杂薄膜中的铁离子主要是以F®·的形式 类似的结果.由图1还可以看出，在载玻片上制 存在，这与肉眼观察到的薄膜表面的棕红色相 备的O2薄膜的晶相图谱中，(101)衍射峰都比 符.图3(b)为掺杂铬离了的薄膜表面的XPS窄谱 较强， 扫描图谱，其中Cr的电子结合能为586.19eV, 2.2SEM分析 Cro的电子结合能为S76.41eV,同标准图谱中的 用肉眼可以明显的看出铁氧化物沉积的 CO,的结合能相吻合w.由此可以推断摻杂薄膜 TO2薄膜表面为淡淡的红褐色，铬氧化物沉积的 中铬离子主要是以C的形式存在.这与肉眼观 TO,薄膜表面为淡淡的墨绿色.这表明氧化物均 察到的三价铬的墨绿色相符， 人 2 jm 2 jm 2 um 图2SEM照片.(a)未掺杂的TiO,薄膜；)摻杂铁的TiO,薄膜；(c)掺杂铬的TO,薄膜 Fig.2 SEM images:(a)undoped TiO,films;(b)Fe(IID)doped TiO:films;(c)Cr(III)doped TiO,films李斌 等 光 化 学沉积法 制备掺 杂 薄膜 侧霉燃禽 亲水 性 能 的测 试 薄 膜 的 亲 水 性 能使 用 照 相 法 测 量 在 紫 外 光 照 条件 下 薄膜 和 水 的接触 角 的变化 来 表 征 紫 外 灯 与 样 品 的距 离 为 光催 化反 应 活 性 的测 试 薄膜 的光催 化 性 能 由 巧 紫 外 石 英 杀 菌灯 照 射 薄膜 分解 甲基 橙 溶 液 来 表 征 紫外 灯 的光 强度 约 为 林 · 一 ， 用 紫 外 线 强 度 计 ， 中国 台湾 泰 纳 测 量 具 体 过 程 在 烧 杯 中放 入 薄 膜 样 品 和 一 ， · 一 ’ 的 甲基 橙溶液 ， 然 后 把 紫 外灯 插 入 溶 液 中照 射 经 过 一 段 时 间照 射 后 ， 用 一 分 光 光 度 计 测定 甲基橙 溶液 在 处 的吸光度 ， 根 据 反 应 物 浓度对 反应速 度 的关 系 ， 可 以判 断和 比较各 薄膜 光 催 化 的 活性 火一 。 掺杂 ‘ 一氛二二二落奢一 口 图 薄膜 的 谱 图 · 五 结 果 和 讨论 研 究 图 表 示在 载 玻 片上制 备 的未 掺杂 薄膜 和 掺 杂 薄膜 经 过 ℃ 热 处理 后 的 谱 图 可 以看 出 ， 未掺杂 的 薄膜 表 现 出 明显 的锐 钦 矿 晶相 ， 其 衍 射 峰 的 强度 由于 受 到 玻 璃 基 板 的 影 响 而 有 所 减 弱 在铁 离子 掺 杂 的 薄膜 谱 图上 也 表 现 为 明显 的锐 钦矿 晶相 ， 并没 有 发现 铁 的氧 化 物 的衍 射 峰 这 可 能 由于在 薄膜 上 沉 积 的铁 的氧 化 物 的量 太 少 ， 粒 径 小 而 且 分 散均 匀 ， 所 以很 难 被 检测 到 在铬 氧 化 物 沉 积 的 薄 膜 上 也 表 现 出 类似 的结 果 由图 还 可 以看 出 ， 在 载 玻 片 上 制 备 的 薄膜 的晶相 图谱 中 ， 衍 射 峰 都 比 较 强 分 析 用 肉 眼 可 以 明 显 的 看 出 铁 氧 化 物 沉 积 的 薄 膜 表 面 为淡 淡 的红 褐 色 ， 铬氧 化物 沉 积 的 薄 膜 表面 为淡 淡 的墨 绿 色 这 表 明氧 化 物均 匀 的沉 积 在 薄 膜 表 面 图 为掺 杂 薄 膜 和 未掺 杂 薄膜 的 图谱 由 图 可 以看 出 未 掺 杂 薄 膜 表 面 微 结 构 光 滑 平 坦 ， 颗 粒 多在 以下 ， 颗粒 分 散而 且 粒 径均 匀 掺 杂 铁 的 薄膜 表 面 出现 大 量 左 右 分 布 相对 均 匀 的颗 粒 ， 这些 颗 粒 很 有 可 能 为铁 的氧 化 物沉 积 而 成 而 掺 杂铬 的 薄膜 呈现 出 网状 的花 纹 状 图案 ， 很 有 可 能 是 因 为 铬 的氧 化 物 在 感 光 分 解 沉 积 过 程 中 的规 律有 所 不 同 由此 可 以看 出 ， 在制 备 好 的 薄 膜 表 面 沉 积 过渡 金 属 氧化 物 ， 可 能 因 为氧化物 的不 同而 形成 不 同的微观 形貌 这可 能和 不 同氧化物 从 盐 溶 液 中感 光 分 解 沉 积 的规 律 有 关 分 析 图 为 离 子 掺杂 的薄膜 表 面 的 窄 谱 扫描 图谱 ， 其 中 。 。 的结 合 能 的峰 值 为 ‘ 从 同文 献 报 道 的 负 的结 合 能 吻 合 ’ 由此 可 以推 断掺 杂薄 膜 中 的铁 离 子主 要 是 以 的形 式 存 在 ， 这 与 肉眼 观 察 到 的 薄膜 表 面 的棕 红 色 相 符 图 为 掺 杂铬 离 的薄 膜 表 面 的 窄谱 扫 描 图谱 ， 其 中 玩 的 电子 结 合 能 为 ， 。 的 电子 结 合 能 为 同标 准 图谱 中 的 几 ， 的结合 能 相 吻 合间 由此 可 以推 断掺 杂 薄膜 中铬 离 子 主 要 是 以 广 的形 式存 在 这 与 肉眼 观 察 到 的三 价 铬 的 墨绿 色 相 符 图 照 片 未掺杂 的 认 薄膜 伪 掺杂铁 的 薄膜 推杂铬 的 ， 薄膜 油 川 伪 川 戮 口