柱状晶形貌TiO2薄膜制备及FTO/TiO2复合薄膜性能与机理研究

摘要

本文采用溶胶凝胶法通过改进溶胶凝胶法制膜工艺，在FTO衬底上制备出了柱状晶体形貌的TiO2薄膜，研究了柱状晶TiO2薄膜的退火温度，旋涂工艺参数对FTO/TiO2复合薄膜的结构、形貌和性能的影响。同时在FTO衬底上还制备了颗粒状晶体形貌的TiO2薄膜，对比研究了TiO2薄膜两种不同晶体形貌对FTO/TiO2复合薄膜的结构、形貌和性能影响。研究表明两种不同晶体形貌的FTO/TiO2复合薄膜的晶体结构并未发生变化，在550℃下制备出的复合薄膜是由结晶性良好的金红石相SnO2和锐钛矿相TiO2组成。颗粒状结构的复合薄膜表面呈现圆球状，柱状晶结构的复合薄膜表面呈现尖针状，柱状晶的表面粗糙度比颗粒状的小。柱状晶的复合薄膜比颗粒状晶的复合薄膜具备更好的光催化性。两种不同晶体形貌的复合薄膜样品的光催化活性随TiO2层厚度增加先上升后下降。柱状晶的复合薄膜比颗粒状晶的复合薄膜的半球辐射率整体更低一些。柱状晶的复合薄膜比颗粒状晶的复合薄膜具备更好的可见光透过性。并从机理上对比解释了TiO2薄膜的颗粒状晶体结构和柱状晶结构对复合薄膜各项性能影响的原因。从能带理论角度解释了FTO/TiO2复合薄膜的异质结光催化增强机理。