700· 北京科技大学学报 2005年第6期 4.51 (a) 7.0b) 4.0 6.0 3.5 5.0 藏30以 4.0 2.5 3.0 2.0 2.0 1.5 1.0 700 710720730740750 570 575580585 590 595 E/ev E/eV 图3摻杂薄膜的XPS谱图.(@)掺杂铁的薄膜；(b)摻杂铬的薄膜 Fig.3 XPS patterns of doped TiO,films:(a)Fe(III)doped TiO:films;(b)Cr(III)doped TiO:films 2.4亲水性能和光催化性能测试 缺陷增多，增强了氧空位形成的能力，从而能够 图4为所制备的TO2薄膜与水的接触角在紫 有效地提高TiO2表面的亲水性能， 外光照下随时间的变化曲线.由图可以看出来， 图5为TO2薄膜在紫外光照下催化降解甲基 没有掺杂的TO,薄膜在没有受到紫外光照的初 橙的时间曲线图.可以看出，铁离子的加入有效 始条件下接触角比较大，在光照4h后接触角逐 地提高了薄膜的催化降解的效率，而铬离子的加 步减小到10°左右，而金属离子摻杂的TO,薄膜 入对催化降解甲基橙的能力几乎没有影响.铁离 亲水性明显好于未参杂的TO2薄膜，而且在光照 子的掺入，成为了TO2表面的空穴捕获中心，由 1h后接触角显著减少到10°左右，直至3h左右 于Fe2Fe和TiTi能级相近，Fe”捕获的电子 完全与水浸润.这表明铁离子和铬离子的加入明 很容易迁移到邻近的T,使电子和空穴有效分 显地提高了亲水性能.研究表明，TO2表面受紫 离，提高了催化效率.而C*/C的能级T/T相 外光照激发时产生的氧空位与空气中的水键合， 差比较大，影响了电子的迁移，不利于电子和 最终在表面生成的羟基官能团作为化学吸附水 空穴的分离，对催化效率没有明显提高作用. 层提高了亲水性能.金属离子的加入，使表面的 60 0.65 50 一未卷杂 0.55 一。一未指杂 ---Fe”掺杂 40 -·-Fe”掺杂 --C掺杂 0.45 一▲一C"掺杂 30k 20F 以 10 0.25 0.15L 0 1 23 4 020406080100120140160180 时间凸 时间h 图4亲水性能变化曲线 图5催化降解率曲线 Fig.4 Curves of hydrophilicity Fig.5 Curves of degradation rate 3结论 式存在. (3)金属离子的加入对TO2薄膜的浸润性有 (1)采用光化学沉积法制备了摻杂铁离子/铬 所改善，初始的接触角变小，而且完全浸润的时 离子的TO2薄膜，铁的氧化物在薄膜上形成致 间明显缩短， 密的颗粒，铬的氧化物在薄膜表面形成了网络状 (4)掺杂铁离子对薄膜的光催化性能有所促 花纹. 进，而铬离子的加入对薄膜的光催化性能没有明 (2)掺杂铁离子的薄膜中铁离子以FezO,的形 显的改善. 式存在，掺杂铬离子的薄膜中铬离子以C,O,的形北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 一 一 图 掺杂薄膜 的 谱图 修杂铁 的薄 一 膜 句推杂铬的薄膜 门， 川皿 伪 】 川 伪 叮 爪 ， 亲水 性 能和 光 催 化性 能测 试 图 为所 制备 的 薄膜 与水 的接触角在紫 外 光 照 下 随 时 间 的变 化 曲线 由图可 以看 出来 ， 没 有 掺 杂 的 薄膜 在 没有 受 到 紫外 光 照 的初 始 条 件 下接触 角 比较 大 ， 在 光 照 后 接触 角 逐 步减 小 到 左 右 而 金属 离子 掺杂 的 薄膜 亲 水 性 明显 好 于 未 掺 杂 的 薄膜 ， 而且 在 光 照 后 接 触 角显 著减 少 到 “ 左 右 ， 直 至 左 右 完全 与水浸 润 这表 明铁 离子和 铬 离子 的加 入 明 显 地 提 高 了亲 水 性 能 研 究表 明 ， 表 面 受紫 外 光 照激 发 时产 生 的氧 空位 与 空气 中的水键合 ， 最 终 在表 面 生 成 的经 基 官 能 团作 为 化 学吸 附水 层 提 高 了亲 水 性 能 金属 离子 的加入 ， 使表 面 的 ‘ 了 一 一 缺 陷增 多 ， 增 强 了氧 空位 形 成 的 能力 ， 从 而 能够 有效地 提 高 表 面 的亲水 性 能 图 为 薄膜 在 紫外光 照 下催化 降解 甲基 橙 的 时 间 曲线 图 可 以看 出 ， 铁 离 子 的加 入 有 效 地 提 高 了薄膜 的催 化 降解 的效率 ， 而铬 离子 的加 入对 催化 降解 甲基橙 的能力几 乎 没有影 响 铁 离 子 的掺 入 ， 成 为 了 表 面 的 空穴捕 获 中心 ， 由 于 ， ， 和 十厅 ‘ 能级相 近 “ ，，， ， 捕 获 的 电子 很 容 易迁 移 到邻 近 的 ’ ‘ ， 使 电子 和 空 穴 有 效分 离 ， 提 高 了催化 效率 而 护 广 的能级 了 十 相 差 比较 大 ‘囚 ， 影 响 了 电子 的迁 移 ， 不利 于 电子 和 空 穴 的分 离 ， 对 催 化 效 率 没 有 明显 提高作 用 — 未掺杂 一 砂掺杂 · 一 广掺杂 。 未掺杂 一 一 努 掺杂 一‘ 一 尸 十 ︵ 掺杂 。那翅权、︶ 、 之 ， 、 。渊权翅︾ 、 、 ，劝 二 二 欲 老 、 时间几 图 亲水性能变化 曲线 卜肚 时 间击 图 催 化 降解率 曲线 馆 如。 口 结论 采用 光化学沉 积法制 备 了掺杂铁 离子 铬 离 子 的 薄膜 ， 铁 的氧化物 在 薄膜 上 形成 致 密 的颗 粒 ， 铬 的氧化物在薄膜表 面形成 了网络状 花 纹 掺 杂 铁 离子 的薄膜 中铁 离 子 以 负 ， 的形 式存 在 ， 掺 杂铬 离子 的薄膜 中铬离子 以 几 ， 的形 式存在 金 属 离子 的加 入对 薄膜的浸 润 性 有 所 改善 ， 初 始 的接触 角变 小 ， 而 且 完全浸润 的 时 间 明显 缩短 掺 杂铁 离 子对 薄膜 的光 催 化性 能有 所 促 进 ， 而铬 离子 的加 入对 薄膜 的光 催 化性 能没 有 明 显 的改善