稀土元素Gd摻雜TiO2薄膜結構及其性能研究.pdf

1、采用溶膠-凝膠法制備了TiO2薄膜，通過射頻磁控濺射法在其表面覆蓋不同厚度的Ag膜，并對其進行了結構與性能表征與分析。采用反應直流磁控濺射法制備了不同Gd摻雜TiO2薄膜（Gd:0～0.6 at％），并且在1000℃下進行退火處理。利用電子探針(EPMA)儀、X射線衍射(XRD)儀、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)、紫外-可見分光光譜儀、X射線光電子譜(XPS)儀、瞬態(tài)/穩(wěn)態(tài)熒光光譜儀，對其成分、結構、形貌、光學性質與光

2、催化性能進行了表征與分析。主要研究結果如下:
　　1.采用sol-gel法制備的TiO2薄膜相結構轉變?yōu)?銳鈦礦相(400℃)→銳鈦礦與金紅石混相(550℃)→金紅石相(700℃)。Ag顆粒薄膜在TiO2表面呈現(xiàn)兩種不同的生長行為:Ag島的孤立生長（沉積時間為20-55s，特征尺寸由32增加到37nm），Ag島的合并生長(沉積時間為90-200s，特征尺寸為37nm，最大尺寸為72-170 nm);Ag/TiO2復合薄膜光催化效率

3、由高到低依次為:Ag(200s)/TiO2、Ag(55s)/TiO2、Ag(20s)/TiO2, Ag(90s)/TiO2, TiO2。
　　2.Gd摻雜TiO2薄膜促進銳鈦礦向金紅石的轉變(ART)，相結構轉變?yōu)?單一銳鈦礦相(Gd:0 at％)→銳鈦礦與金紅石混相(Gd:0.3 at％)→單一金紅石相(Gd:0.4～0.6 at％)。XPS分析表明:Gd離子的化合價為+3價，Ti離子的化合價為+4價，并且Gd摻雜促進氧空位濃度

4、增加。Gd摻量分別為0、0.3、0.4與0.6 at％的薄膜樣品的光學帶隙數(shù)值分別為3.32±0.03，3.25±0.03，2.94±0.03，2.97±0.03 eV。PL測試表明:銳鈦礦相（Gd:0 at％）與金紅石相（Gd:0.4～0.6 at％）間接帶隙發(fā)光峰位分別為3.26 eV與3.07-3.1 eV;同時也觀察到TiO2（Gd:0～0.3 at％）的直接躍遷發(fā)光峰位，分別對應于3.61 eV與3.41 eV;位于2.71