TiO和BiFeO薄膜光学及光催化性质的研究

摘要

近十年来，纳米二氧化钛因其在光催化方面的应用而得到了广泛的关注。在实际应用方面，其自清洁、分解水、杀菌等光催化性质已经应用到许多领域。本论文中我们以金属钛为靶，在氧气氛下脉冲激光沉积二氧化钛薄膜，所用的激光器是波长为248nm的KrF准分子激光器。在这种方法中，通过激光灼烧钛靶溅出的粒子与周围的氧气发生化学反应形成二氧化钛薄膜。然而，获得锐钛矿相薄膜的过程窗口是相当窄的，并且沉积参数对薄膜光学及光催化性质的影响尚未见报道。 我们通过改变氧气压、沉积温度及激光能量，系统地研究了沉积参数对薄膜微观结构、光学及光催化性质的影响。当在400℃沉积温度时，氧气压对薄膜的结晶结构、表面形貌、光学和光催化性质具有重要影响。我们发现在15Pa氧气压下制备的薄膜接近纯锐钛矿相，具有典型的(101)和(004)峰。该薄膜与5到30Pa氧气压下制备的其它薄膜具有最小的晶粒尺寸，并且具有较好的透光性和光催化分解亚甲基蓝溶液的性质。当在700℃沉积温度时，薄膜具有较尖锐的(004)峰，并且不受氧气压的影响。我们认为在不同的沉积温度下薄膜存在两种生长模式：氧气压控制模式(400℃)和衬底温度控制模式(700℃)。另外，光学及光催化性质对薄膜的微观结构和晶粒尺寸较为敏感，在700℃沉积温度2.4J/cm2激光能量下制备的薄膜具有最好的光催化分解亚甲基蓝溶液的性质。因此，沉积参数对于反应脉冲激光沉积是至关重要的因素。 近来一种多铁材料(BiFeO3)由于其也具有光催化活性而引起了研究者较多的关注。它具有可见光响应，但对其光学性质还缺乏一定研究。本文中我们使用溶胶凝胶法在石英衬底上成功地制备了纳米BFO薄膜，并计算了其光学常数(折射率、消光系数)，研究了工艺参数对薄膜的微观结构和光学性质特别是光学带隙的影响。相对较好微观结构的薄膜是在600℃退火温度下制备得到的，其晶粒大小为60nm。光学性质的研究表明BFO薄膜具有较高的折射率，并且是直接带隙材料，带隙宽度为2.7eV，其带隙受到薄膜微观结构的影响。光学性质的研究为光催化性质的研究提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1研究背景

1.2研究现状、意义及内容

参考文献

第二章薄膜的制备、结构表征、光学及光催化性质的测试

2.1脉冲激光沉积法制备TiO2薄膜

2.2溶胶凝胶法制备BiFeO3薄膜

2.3薄膜的结构表征

2.4薄膜光学性质的测试

2.5薄膜光催化性质的测试

参考文献

第三章沉积参数对TiO2薄膜微观结构、光学及光催化性质的影响

3.1引言

3.2实验方法

3.3氧气压的影响

3.4沉积温度和衬底材料的影响

3.5激光能量的影响

3.6本章结论

参考文献

第四章BiFeO3薄膜微观结构和光学性质的研究

4.1引言

4.2实验方法

4.3BiFeO3薄膜微观结构

4.4BiFeO3薄膜光学性质

4.5本章结论

参考文献

第五章总结

攻读硕士学位期间公开发表的论文

附录

致谢