非晶态TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜的制备与光催化性能研究

摘要

近年来，二氧化钛光催化剂被广泛应用于环境治理，特别是在水体污染物处理方面得到了进一步的发展。高效、节能、清洁、无毒、稳定是二氧化钛光催化降解污染物的突出优点。然而，一方面二氧化钛的吸收边位于紫外光区，使得其在可见光区不能发生光催化反应，这大大限制了其对太阳光的利用率；另一方面，通常制备的粉体二氧化钛在光催化降解污染物中难以分离和回收，从而导致水体处理成本升高。这些问题是目前二氧化钛光催化剂实际应用的障碍，也是其在环境治理方面的研究重点。
　　本文通过对国内外研究现状的论述分析，首先介绍了二氧化钛的基本性质，总结并论述了二氧化钛的光催化反应过程以及其在环境治理方面的应用，归纳阐述了二氧化钛光催化剂的改性方法以及二氧化钛薄膜的制备方法。
　　本文利用反应磁控溅射法在显微玻璃和单晶硅表面制备了非晶态 TiN/Ag/Cr-TiO2多层薄膜，研究了制备工艺参数对其光催化性能的影响；以亚甲基蓝的光催化降解效率来研究分析所制备薄膜的光催化降解性能；考察了Ag层厚度和Cr掺杂量对薄膜基本性质和光催化降解效率的影响，通过优化工艺参数制备出本实验条件下最高降解效率的 TiN/Ag/Cr-TiO2多层薄膜，并对其基本性质和光催化机理进行分析。
　　本文利用 X射线衍射技术（XRD）、扫描电子显微技术（SEM）、能谱技术（EDS）、紫外-可见光分光光度计、X射线光电子能谱技术（XPS）、表面轮廓仪等，讨论分析了所制备薄膜的物相、表面形貌和厚度、成分、禁带宽度、紫外-可见光吸收等基本性质。XRD、EDS、XPS分析表明：TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜总体呈非晶态，Ag、Cr、Ti、O各元素分布均匀，明确了表面各元素的存在状态。紫外-可见光吸收情况表明：Ag层的加入和Cr的掺杂使得二氧化钛薄膜的禁带宽度（Eg）大大降低，并且在可见光区产生了新的吸收峰；光催化降解亚甲基蓝实验表明：对于非晶态二氧化钛进行膜层设计和掺杂，可以通过改变薄膜的表面形态、引入杂质能级、形成晶体缺陷、提高光生电子的传输速率等技术措施综合提高其光催化降解效率。

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1 绪 论

1.1 TiO2的晶体结构与基本性质

1.2 TiO2的光催化过程

1.3 TiO2在环境治理方面的应用

1.4 TiO2光催化剂的改性途径

1.5 TiO2薄膜的制备

1.6 国内外研究现状

1.7 选题的目的意义和研究内容

2 磁控溅射法制备TiO2光催化薄膜

2.1 磁控溅射制备薄膜原理

2.2 磁控溅射制备薄膜的特点

2.3 本论文薄膜制备设备与工艺

2.4 实验流程

2.5 实验测试表征方法

3 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜的制备与光催化降解性能研究

3.1 实验方案

3.2 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜的XRD分析

3.3 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜的SEM分析

3.4 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜的紫外-可见光吸收分析

3.5 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜光催化降解MB的研究

3.6 TiN/Ag/Cr-TiO2薄膜光催化降解效率的优化及其分析

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录