D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.06.015 第27卷第6期 北京科技大学学报 VoL.27 No.6 2005年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2005 光化学沉积法制备掺杂Ti02薄膜 李斌12”袁章福》徐聪”关璐”范先国》龚家竹到 1)中国科学院过程工程研究所，北京1000802)中国科学院研究生院，北京1000493)四川龙蟒集团有限责任公司，绵竹618200 摘要采用光化学沉积法在玻璃上制备了锐钛矿型TO2和金属铁、铬离子参杂TO,薄膜， 并采用XRD,SEM,XPS表征了所合成的薄膜.结果表明，掺杂铁离子的TO,薄膜表面呈现出 颗粒状纹路，糁杂铬离子的TiO,薄膜表面呈现网格状纹路.TiO,薄膜的亲水性能随着金属离 子的加入而增加.铁离子的加入对TO,薄膜催化降解甲基橙的能力有所促进，而铬离子的加 入对TO,薄膜催化降解甲基橙的能力没有显著提高. 关键词光化学沉积：光催化：亲水性：糁杂：二氧化钛 分类号0484：TQ134 自1972年Honda等发现TiO2电极在光照条 1实验部分 件下能催化分解水的现象以来四，TO2半导体光 催化材料对环境中各种污染物的明显净化作用 1.1样品的制备 引起了世界的广泛关注，光催化降解有机污染物 取一定量的TiCw缓慢滴加到1O0mL冰水浴 及杀菌成为环境科学领域的热点.但是，TiO 冷却的去离子水中，同时用磁力搅拌，加入适量 禁带比较宽(3.2eV),只能吸收波长小于387.5nm 的氨水至H值为8左右，产生大量的白色胶状 的紫外光，为了提高TO2光量子产率，人们尝试 沉淀.离心分离，然后加入大量的去离子水进行 用离子掺杂、复合半导体等手段来在半导体表面 冲洗.如此反复多次，直到洗出液用AgNO,溶液 上引入缺陷位置或改变结晶度，以提高光催化活 检测不到氯离子为止.洗涤以后的沉淀加入20 性. mLH,O2,刷烈搅拌20min后，生成橙色透明溶 1997年Wang等人报道了TiO2的新特性一 液.以洁净的载玻片(25mm×75.5mm×1.2mm)作 双亲性后m,TO2薄膜的超亲水性成为当前研究 为基体，采用浸渍-提拉法制备薄膜。具体操作 的热点.关于TO,薄膜的超亲水性机理目前仍不 为：浸渍后的薄膜在空气中干燥5min后，再在 十分清楚，其中一种观点认为光致亲水性是由于 500℃热处理30min,即得到一层附着在基片上的 光催化降解了吸附在TO2表面的有机物所致，而 二氧化钛薄膜. 另一种较为使人信服的观点认为光致亲水性的 重复进行浸渍提拉和热处理的步骤，便可以 产生是因为光激发所产生的氧空位吸附羟基而 得到不同厚度的TiO2薄膜.一定量的FeNO),· 产生亲水性区域所致四. 9HO和CNO·9H,O溶解到烧杯中制备成溶 利用TO,的光催化性和超亲水性能够开发 液，把制备好的覆盖有TO2薄膜的基板竖直的浸 具有防雾和自净功能的玻璃，具有广泛的应用前 泡在上述溶液中.溶液中心插入紫外灯照射24h 景.本实验采用光化学沉积法在玻璃上制备了掺 后，在基板上就会沉积上过渡金属氧化物薄膜， 杂TiO2薄膜，研究了薄膜的结构和亲水性能，光 薄膜在200℃下烘干干燥. 催化性能以及金属离子掺杂对薄膜的结构、超亲 1.2表征技术 水性能和光催化性能的影响. 在X'pert MPD pro型X射线多晶衍射仪上对 收稿日期：2004-11-08修回日期：200501-11 薄膜样品进行XRD分析.使用Axis Ultra型成像 基金项目：国家自然科学基金资助项目CN0.20306030) XPS及多功能电子能谱仪进行XPS研究.用 作者简介：李斌(1980一)，男，硕士研究生 JSM-35C℉型扫描电镜观察薄膜的表面结构.第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ’ 】 伙 光化学沉积法制备掺杂 薄膜 李 斌 ’， 袁章福 ” 徐 聪 ” 关 璐 ” 范先 国 ” 龚家竹 ” 中国科学 院过 程工 程 研究所 ， 北 京 中国科学 院研 究生 院 ， 北 京 四川 龙蟒集 团有 限责任 公 司 ， 绵竹 摘 要 采用 光化学沉积 法在玻璃上 制备 了锐钦矿 型 和 金 属铁 、 铬 离子 掺杂 薄膜 ， 并采用 ， ， ， 表 征 了所合成 的薄膜 结果表 明 ， 掺杂铁 离子 的 薄膜表 面 呈 现 出 颗粒 状 纹路 ， 掺杂 铬 离子 的 薄膜表 面 呈 现 网 格状纹 路 薄 膜 的亲 水 性 能随着金 属 离 子 的加 入 而 增加 铁 离子 的加 入 对 之 薄膜催 化降解 甲基橙 的能力有所 促进 ， 而铬 离子 的加 入对 薄膜 催化 降解 甲基 橙的 能力 没有显 著提 高 关键词 光 化 学沉积 光催 化 亲水性 掺杂 二 氧化 铁 分类号 自 年 等 发现 电极 在 光 照 条 件 下 能催 化 分解 水 的现 象 以来 ‘ ， 半 导 体光 催 化 材 料 对 环 境 中各 种 污 染 物 的 明显 净 化 作用 引起 了世 界 的广 泛 关注 ， 光 催 化 降解 有机 污染 物 及 杀菌 成 为环 境科 学领域 的热 点 件司 但 是 ， 禁 带 比较 宽 ， 只 能吸 收波 长 小 于 乃 的紫 外 光 ， 为 了提 高 光 量 子 产 率 ， 人 们 尝 试 用 离 子掺杂 、 复合 半 导体 等手段 来在 半 导体表 面 上 引入缺 陷位 置或 改变 结 晶度 ， 以提 高光催化 活 性 ‘， ，，。 ， 年 厄 等 人报 道 了 的新特性 双 亲性 后 ‘川 ， 仪 薄膜 的超 亲水 性成 为 当前研—究 的热 点 关于 薄膜 的超 亲 水 性 机 理 目前 仍 不 十分清 楚 ， 其 中一种观 点 认 为光致 亲水 性是 由于 光催化 降解 了吸 附在 表 面 的有机物 所 致 ， 而 另 一 种 较 为 使 人 信 服 的观 点 认 为光 致 亲 水 性 的 产 生 是 因 为光 激 发 所 产 生 的氧 空 位 吸 附经 基 而 产 生 亲 水 性 区 域所 致四 利 用 的光 催 化 性和 超 亲 水 性 能够 开 发 具有 防雾和 自净 功 能 的玻璃 ， 具 有广 泛 的应用 前 景 本 实验采用 光 化 学沉 积 法在 玻璃 上 制备 了掺 杂 薄 膜 ， 研 究 了薄膜 的 结构 和 亲 水 性 能 ， 光 催化 性 能 以及 金属 离子 掺杂对 薄膜 的结构 、 超 亲 水性 能和 光 催 化 性 能 的影 响 收稿 日期 今 刁 修回 日期 一 一 荃金项 目 国家 自然科 学基金 资助 项 目困 作者简介 李斌 一 ， 男 ， 硕 士 研究生 实验 部 分 样 品 的制 备 取 一 定量 的 ， 缓 慢 滴 加 到 冰 水 浴 冷 却 的去 离子水 中 ， 同 时用 磁 力 搅 拌 加入 适 量 的氨 水 至 值 为 左 右 ， 产 生 大 量 的 白色胶状 沉 淀 离心 分 离 ， 然后 加 入 大 量 的 去 离 子水进 行 冲 洗 如 此 反 复 多次 ， 直 到洗 出液 用 溶 液 检测 不 到 氯 离 子 为止 洗 涤 以后 的沉 淀 加 入 凡 ， 剧 烈 搅 拌 后 ， 生 成 橙 色 透 明溶 液 以洁净 的载玻片 父 作 为基 体 ， 采用 浸 渍一 提拉 法 制备 薄 膜 具 体操作 为 浸 渍 后 的薄膜 在 空 气 中干燥 后 ， 再 在 ℃ 热 处理 ， 即得到 一层 附着 在基 片上 的 二 氧 化 钦 薄膜 重 复进 行 浸 渍提 拉 和 热 处理 的步 骤 ， 便 可 以 得 到不 同厚度 的 薄膜 一 定 量 的 ， · 和 式 · 溶 解 到 烧 杯 中 制 备 成 溶 液 ， 把制 备 好 的覆 盖 有 薄膜 的基 板 竖 直 的浸 泡 在上述 溶 液 中 溶 液 中心 插入 紫 外 灯 照 射 后 ， 在 基 板 上 就 会 沉 积 上 过 渡金 属 氧 化 物 薄膜 ， 薄膜 在 ℃ 下 烘 干 干燥 表征技 术 在 型 射 线 多 晶衍射 仪上 对 薄膜 样 品进 行 分析 使 用 型成像 及 多功 能 电子 能 谱 仪 进 行 研 究 用 一 型 扫描 电镜观 察 薄膜 的表 面 结构 DOI ：10．13374／j ．issn1001—053x．2005．06．015