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1、采用濺射法分別制備了不同Gd摻雜量的ZnO系列薄膜(Gd摻入量為0~2.0at%)和N摻雜TiO2系列薄膜(沉積溫度為RT~600℃)。利用電子探針(EPMA)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子譜(XPS)、紫外-可見(jiàn)分光光譜儀、瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀,對(duì)Gd摻雜ZnO系列薄膜以及N摻雜TiO2薄膜的成分、微觀結(jié)構(gòu)、表面形貌、光學(xué)特性與光催化性能進(jìn)行了表征和分
2、析。主要研究結(jié)果如下:
I利用射頻(RT)磁控濺射方法制備了不同Gd摻雜ZnO系列薄膜,且沉積溫度為600℃。通過(guò)對(duì)薄膜的XRD和TEM選區(qū)電子衍射的測(cè)定與分析,Gd摻雜ZnO薄膜均具有單一的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu),并且隨著Gd摻雜濃度的增加薄膜的晶粒尺寸逐漸減?。籗EM圖像觀察顯示Gd摻雜濃度為0.7at%的薄膜和純的ZnO薄膜具有薄膜/納米線結(jié)構(gòu);XPS分析結(jié)構(gòu)顯示:Gd摻雜ZnO薄膜中Gd的化合價(jià)為+3價(jià)態(tài);PL光譜結(jié)果顯示Gd
3、摻雜能夠顯著提高薄膜中與缺陷相關(guān)的深能級(jí)發(fā)光,其中1.6at%Gd摻雜ZnO薄膜發(fā)光強(qiáng)度比純ZnO薄膜強(qiáng)近5倍;通過(guò)對(duì)不同Gd摻雜量的ZnO薄膜在紫外光燈照射下亞甲基藍(lán)溶液的降解測(cè)試表明:Gd摻雜濃度為0.7at%的薄膜具有較高的光催化能力,但是隨著Gd濃度的增加,Gd摻雜ZnO薄膜的光催化性能明顯降低。
II利用直流(DC)磁控濺射方法在不同沉積溫度下制備了N摻雜TiO2薄膜。N摻雜TiO2薄膜的相結(jié)構(gòu):?jiǎn)我讳J鈦礦相(RT-
4、400℃)和銳鈦礦與金紅石混相(600℃);薄膜的晶粒尺寸隨著沉積溫度的增加,呈現(xiàn)增大的趨勢(shì);N摻雜會(huì)使TiO2薄膜的禁帶寬度增加,其光學(xué)帶隙數(shù)值分別為3.36±0.04eV(RT、200℃、400℃)、3.32eV(600℃);隨著沉積溫度的增加,N摻雜TiO2薄膜光催化活性逐漸提高,其中沉積溫度為室溫、200℃、400℃、600℃的N摻雜TiO2薄膜的光催化反應(yīng)速率常數(shù)即k值分別為0.011、0.012、0.014、0.021min
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