金属修饰氮掺杂二氧化钛薄膜的制备与光催化氧化性能研究

摘要

二氧化钛是目前研究最广泛的半导体光催化材料之一，具有催化活性高、价廉、耐腐蚀性强等特点，已被广泛应用于光解水制氢、抗菌除臭、废气净化、降解有机物、自清洁等方面。但由于其禁带宽度较宽，量子效率也较低，限制了二氧化钛的大面积应用。本文通过金属修饰与N掺杂的协同作用，对TiO2薄膜进行改性，以使其获得更高的光催化氧化性能。
　　采用磁控溅射法制备了Fe修饰N掺杂TiO2薄膜(Fe-N-TiO2)，研究了Fe修饰量与热处理对薄膜结构、形貌、表面元素化学态以及光吸收性能的影响。结果表明:Fe修饰N掺杂使薄膜晶粒细化，比表面积增大;Fe含量的增加有助于晶粒长大;且有助于金红石相向锐钛矿相转变，Fe含量为1.5 at.％时，薄膜为纯锐钛矿相;Fe元素是以Fe3+氧化态形式替位存在于TiO2晶格中，N-取代O2-进入晶格中;随着Fe含量的增加吸收边红移程度增大，当Fe含量达到3.0 at.％时，吸收边红移至近410nm;对薄膜进行退火处理后，薄膜的结晶性变好，吸收边有一定程度的红移。
　　采用磁控溅射法制备了Ni修饰N掺杂TiO2薄膜(Ni-N-TiO2)，研究了Ni修饰量对薄膜结构、形貌和性能的影响。Ni修饰N掺杂使薄膜晶粒细化，比表面积增大;且使薄膜中金红石相转化为锐钛矿相，Ni含量为0.7 at.％时，薄膜为纯锐钛矿相;Ni元素是以Ni2+氧化态形式间位存在于TiO2晶格中;随着Ni含量的增加吸收边红移程度增大，当Ni含量达到4.8 at.％时，吸收边红移至近450nm。
　　Fe修饰N掺杂TiO2薄膜的可见光催化氧化活性顺序为:1.5 at.％Fe-N-TiO2＞1.0at.％ Fe-N-TiO2＞N-TiO2＞3.0 at.％Fe-N-TiO2＞TiO2，2h后最高可降解罗丹明B48.2％。Ni修饰N掺杂TiO2薄膜的可见光催化氧化活性顺序为:0.7 at.％Ni-N-TiO2＞0.8at.％ Ni-N-TiO2＞N-TiO2＞4.8 at.％Ni-N-TiO2＞TiO2，2h后最高可降解罗丹明B45.9％。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 二氧化钛光催化剂概述

1．2 二氧化钛光催化氧化性能影响因素

1．3 二氧化钛光催化的应用

1．4 二氧化钛薄膜的常见制备方法

1．5 二氧化钛光催化剂的改性方法

1．6 选题意义及研究内容

第二章 试验设备与表征方法

2．1 试验路线与方法

2．2 试验原料与设备

2．3 二氧化钛薄膜的制备

2．5 薄膜的表征

第三章 铁修饰氮掺杂二氧化钛薄膜的制备及表征

3．1 薄膜的制备

3．2 薄膜的表征

3．3 热处理分析

3．4 本章小结

第四章 镍修饰氮掺杂二氧化钛薄膜的制备及表征

4．1 薄膜的制备

4．2 薄膜的表征

4．3 本章小结

第五章 金属修饰氮掺杂对薄膜光催化氧化性能的影响

5．1 光催化氧化性能测试

5．2 铁修饰与镍修饰氮掺杂薄膜的对比分析与讨论

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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