TiO2-ITO納米薄膜光催化電極的MOCVD制備及其摻雜改性的研究.pdf

1、二氧化鈦(TiO2)作為光催化技術(shù)中的核心材料，近幾十年來得到了廣泛的關(guān)注和研究。然而，TiO2光催化技術(shù)在實際應(yīng)用中還存在著如光生載流子的易復(fù)合而導(dǎo)致光催化效率低、光響應(yīng)范圍窄所造成的太陽光利用率低、以及催化劑的有效負載等問題，制約了TiO2光催化技術(shù)在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用。
　　 本文采用MOCVD方法在氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃表面沉積納米TiO2薄膜，組裝成為同時具有透光性和導(dǎo)電性的TiO2/ITO固定化納米薄膜電極，應(yīng)

2、用于光電催化體系降解有機污染物。同時，通過以非金屬B和過渡金屬Fe摻雜TiO2較好的解決了TiO2對可見光響應(yīng)的問題。論文取得了如下主要研究成果:
　　 采用計算流體力學(xué)技術(shù)對TiO2薄膜的MOCVD制備過程進行數(shù)值模擬。研究發(fā)現(xiàn)，薄膜生長速率隨著沉積溫度的提高而變大;載氣流量對于基片附近TTIP濃度的影響更為顯著;薄膜生長速率隨著源溫度的提高而提高。優(yōu)化的操作參數(shù)范圍為:沉積溫度1023K，源溫度363K，載氣流量6～7SLM

3、。在此條件下，薄膜的生在速率約為75nm/min。沉積溫度623K左右時，對薄膜生長速率和薄膜均勻性影響的主要參數(shù)為沉積溫度，沉積過程為反應(yīng)動力學(xué)控制。823K左右時各個參數(shù)對于薄膜的生長速率都有一定程度的影響。1023K左右時薄膜生長過程轉(zhuǎn)為傳遞控制。薄膜生長速率的變化以沉積溫度和載氣流量的共同影響為主，而薄膜的均勻性主要受載氣流量的影響。
　　 通過對TiO2/ITO薄膜的生長模式及其性能的研究，發(fā)現(xiàn)所制備的TiO2薄膜均為

4、銳鈦礦相，晶型結(jié)構(gòu)良好;薄膜的生長表現(xiàn)出明顯的S-K模式;650℃沉積溫度下制備的薄膜晶粒粒徑約為26nm，當(dāng)薄膜厚度約為527nm時，具有最佳的紫外光催化活性，其催化降解甲基橙(MO)的降解率在背面光照的光電催化條件下120min內(nèi)可達97％，表觀反應(yīng)速率常數(shù)比普通的光催化提高2倍。
　　 采用MOCVD方法在制備TiO2薄膜的過程中完成了不同含量的非金屬B的摻雜。研究表明，B的摻雜可將TiO2的禁帶寬度縮小至2.92eV，使

5、其具有可見光響應(yīng)，且光催化效果得到顯著提高，5at.％的B摻雜的TiO2/ITO薄膜在可見光條件下光電催化降解MO，120min降解率可達80％以上。綜合實驗和理論計算的研究結(jié)果表明，MOCVD制備的B摻雜TiO2薄膜電極中B的摻雜以B替代O為主，有部分B進入晶格內(nèi)形成Ti-O-B鍵，并有少量以B2O3形式存在。
　　 過渡金屬Fe摻雜TiO2/ITO薄膜電極的研究表明，適當(dāng)濃度的Fe摻雜對薄膜紫外光條件下的光催化降解過程有增強