阳极氧化TiN薄膜制备N掺杂纳米TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过电泳沉积(EPD)的方法在Ti片表面制备TiN薄膜,然后对TiN薄膜进行阳极氧化得到N掺杂多不孔纳米结构的TiOz薄膜.利用x射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS),扫描电子显微镜(SEM)及光电化学方法对得到的薄膜进行表征.XRD测试结果表明,经过阳极氧化并在350℃空气气氛中退火1 h的薄膜中存在锐钛矿晶犁的TiO2.xPs的结果表明,样品中的N元素取代部分O,且N的摩尔分数为O.95%.SEM显示,经阳极氧化后薄膜表面出现多孔纳米结构.光电化学测试结果显示,阳极氧化提高了N掺杂TiO2薄膜在可见光下的光电响应.经阳极氧化并热处理的薄膜在0 V电位及可见光照射下光电流密度为2.325μ.cm2,而单纯热处理的薄膜在相同条件下光电流密度仅为0.475μA·cm-2.阳极氧化得到纳米多孔结构提高了 N 掺杂纳米 Ti02 薄膜的表面积,从而对可见光的响应增大.     

直流反应磁控溅射方法制备碳掺杂TiO2薄膜及其可见光活性

室温下通过直流反应磁控溅射的方法, 利用碳钛镶嵌靶在Ar/O2气氛中制备了碳掺杂纳米TiO2薄膜, 并通过X射线衍射(XRD)、UV-Vis透射光谱以及光电化学的方法对薄膜进行了表征. XRD测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳掺杂的引入有利于TiO2薄膜的晶格生长, 并随靶中碳面积的增加, 薄膜的结晶度也相应提高. 由透射光谱计算得到的禁带宽度表明, 靶中碳和钛的面积比为0.05时, 薄膜的禁带宽度由纯TiO2薄膜的3.4 eV减小到3.1 eV. 光电测试结果表明, 靶中碳和钛的面积比小于0.10时, 碳的引入可以提高薄膜的光电响应, 面积比为0.10时, 可见光下0 V时薄膜的光电流密度为0.069 μA·cm-2; 但碳和钛的面积比增加到0.16时, 测得的薄膜光电响应异常.     

基于铝离子掺杂二氧化钛薄膜的染料敏化太阳能电池的光电性能

采用水热法制备出Al3+掺杂二氧化钛薄膜,通过玻璃棒涂于导电玻璃上,在450°C的温度下烧结并将其用N3染料敏化制成染料敏化太阳能电池(DSSCs).通过X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及DSSCs测试系统对其进行了测试表征,研究了Al3+掺杂对TiO2晶型及染料敏化太阳能电池的光电性能影响.XPS数据显示Al3+成功掺杂到了TiO2晶格内,由于Al3+的存在,对半导体内电子和空穴的捕获及阻止电子/空穴对的复合发挥重要作用.莫特-肖特基曲线显示掺杂Al3+后二氧化钛平带电位发生正移,并导致电子从染料注入到TiO2的驱动力提高.DSSCs系统测试结果表明,Al3+掺杂的TiO2薄膜光电效率达到6.48%,相对于无掺杂的纯二氧化钛薄膜光电效率(5.58%),其光电效率提高了16.1%,短路光电流密度从16.5mA·cm-2提高到18.2mA·cm-2.     

Fe、N共掺杂TiO2纳米管阵列的制备及可见光光催化活性

应用电化学阳极氧化法结合浸渍和退火后处理制备了Fe和N共掺杂的TiO2纳米管阵列光催化剂,并用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)仪对其进行了表征.结果表明,Fe、N共掺杂对TiO2纳米管阵列的形貌和结构没有明显影响,Fe和N均掺入了TiO2晶格.紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱显示Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列的吸收带边较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列红移,可见光吸收增强.以可见光催化降解罗丹明B(RhB)考察了材料的光催化活性,Fe和N共掺杂TiO2纳米管阵列对RhB的降解速率较纯TiO2纳米管阵列和单一掺杂TiO2纳米管阵列明显提高,证明了Fe、N共掺杂产生的协同效应提高了TiO2纳米管阵列在可见光照射下的光催化活性.     

TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用

采用水热合成法在氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃基底上得到TiO2纳米阵列薄膜,并进一步通过NaOH溶液水热处理制备了由巢状纳米阵列及纳米片覆盖层构成的TiO2纳米阵列分级结构一体化薄膜.采用场发射扫描电镜(FE-SEM),X射线衍射(XRD),紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和吸收光谱技术对TiO2薄膜的结构和性质进行表征.FE-SEM结果表明:分级结构TiO2薄膜膜厚为1.5μm,薄膜由一层纳米片覆盖层(约0.2μm高)和一层巢状纳米阵列层(约1.3μm高)组成.XRD谱图表明TiO2薄膜为锐钛矿相.UV-Vis光谱显示分级结构TiO2薄膜具有较强的光捕获能力和染料吸附能力.TiO2纳米片/巢状分级结构纳米阵列薄膜作为光阳极,可有效地提高染料敏化太阳能电池的光电转换效率,其短路电流(Jsc)为7.79mA·cm-2,开路电压(Voc)为0.80V,填充因子(FF)为0.40,光电转换效率(η)为2.48%,其光电转换效率较TiO2纳米阵列薄膜提高了近10倍.     

CdS/TiO2纳米管复合结构的制备与光电性能研究

利用阳极氧化法在钛金属基底表面制备一层TiO2纳米管阵列薄膜,然后通过水热反应在TiO2纳米管上负载CdS纳米粒子,形成CdS/TiO2纳米管的复合结构。利用SEM、XRD、XPS、UV-Vis等手段对其形貌和结构进行表征。进一步考察了CdS/TiO2纳米管的光电性能和光催化活性,结果表明,相比于TiO2纳米管,CdS/TiO2纳米管复合结构在紫外光和可见光下都具有更好的光催化活性及光电性能。     

甘油-DMSO-H2O中阳极氧化TiO2纳米管阵列的生长与性能

采用NH4F-甘油-DMSO(二甲基亚砜)-H2O溶液体系的电化学阳极氧化法, 在金属钛基板上形成厚度为0.4-1.5 μm的有序TiO2纳米管阵列薄膜. 利用场发射电子扫描显微镜(FESEM)技术, 研究了电解液的组成及阳极氧化电压对TiO2纳米管阵列生长形貌的影响. 结果表明, 阳极氧化电压可以影响TiO2纳米管的径向尺寸和长度；通过改变电解液中DMSO/H2O的体积比, 能够调控纳米管的生成速率与形貌. 利用X射线衍射(XRD)对经过不同温度热处理的TiO2纳米管阵列薄膜的物相进行了分析. TiO2纳米管阵列薄膜的光电催化分解水过程的电压-电流特性测量显示, 光电流密度大于0.2 mA·cm-2.     

铁、氦共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜,将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理,形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜.通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析,研究了铁、氮掺杂浓度,热处理温度,膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响.结果表明,Fe/N-TiO2(0.5%Fe,摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能,在可见光下优势尤为明显.铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率,氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收,两种效应相互结合,共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜, 将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理, 形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜. 通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析, 研究了铁、氮掺杂浓度, 热处理温度, 膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响. 结果表明, Fe/N-TiO2(0.5%Fe, 摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能, 在可见光下优势尤为明显. 铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率, 氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收, 两种效应相互结合, 共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

氮掺杂二氧化钛-氧化镍双层薄膜的光电致色特性

以金属钛为靶材、O2/N2/Ar混合气氛为溅射气体,在导电玻璃(ITO)表面磁控溅射一层薄膜,再经300-500℃退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜.采用X射线衍射(XRD)、X光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见吸收光谱等对薄膜的微观结构、光学特性和光电化学性能等进行了研究.进而采用化学沉积的方法在TiO2-xNx薄膜表面沉积上一层多孔NiO薄膜,研究表明,制备的ITO/TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性,400℃退火处理的氮掺杂TiO2薄膜具有最高的光电流响应,经氙灯照射1h后,薄膜从无色变成棕色,500nm波长处光透过率从79.0%下降至12.6%.     

TiO2-MoO3复合纳米管阵列薄膜的制备及其可见光活性

通过阳极氧化的方法制备TiO₂纳米管薄膜, 在MoO₃存在的条件下对该薄膜进行热处理得到TiO₂-MoO₃复合纳米管阵列薄膜. 利用X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM), X射线光电子能谱(XPS), 电化学阻抗谱(EIS), Mott-Schottky 及光电化学方法对得到的薄膜进行了表征. XRD结果表明, TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜中的TiO₂主要为锐钛矿晶型. SEM实验证实了薄膜纳米管结构的存在, 样品中的MoO₃均匀地分散在TiO₂纳米管表面. 利用XPS方法分析了TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜元素的组成, 结果表明, MoO₃在TiO₂表面形成TiO₂-MoO₃复合纳米管薄膜. 研究了热处理温度以及热处理时间对样品的光电化学性能的影响, 相对于单纯TiO₂纳米管薄膜, 适量引入MoO₃提高了样品在可见光区的光电响应能力, 样品的平带电位负移. 在450 °C热处理60 min制得的TiO₂-MoO₃复合半导体纳米管阵列薄膜光电响应活性最高.     

Preparation of nitrogen-substituted TiO2 thin film photocatalysts by the radio frequency magnetron sputtering deposition method and their photocatalytic reactivity under visible light irradiation

Nitrogen-substituted TiO2 (N-TiO2) thin film photocatalysts have been prepared by a radio frequency magnetron sputtering (RF-MS) deposition method using a N2/Ar mixture sputtering gas. The effect of the concentration of substituted nitrogen on the characteristics of the N-TiO2 thin films was investigated by UV-vis absorption spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM) analyses. The absorption band of the N-TiO2 thin film was found to shift smoothly to visible light regions up to 550 nm, its extent depending on the concentration of nitrogen substituted within the TiO2 lattice in a range of 2.0-16.5%. The N-TiO2 thin film photocatalyst with a nitrogen concentration of 6.0% exhibited the highest reactivity for the photocatalytic oxidation of 2-propanol diluted in water even under visible (lambda > or = 450 nm) or solar light irradiation. Moreover, N-TiO2 thin film photocatalysts prepared on conducting glass electrodes showed anodic photocurrents attributed to the photooxidation of water under visible light, its extent depending on wavelengths up to 550 nm. The absorbed photon to current conversion efficiencies reached 25.2% and 22.4% under UV (lambda = 360 nm) and visible light (lambda = 420 nm), respectively. UV-vis and photoelectrochemical investigations also confirmed that these thin films remain thermodynamically and mechanically stable even under heat treatment at 673 K. In addition, XPS and XRD studies revealed that a significantly high substitution of the lattice O atoms of the TiO2 with the N atoms plays a crucial role in the band gap narrowing of the TiO2 thin films, enabling them to absorb and operate under visible light irradiation as a highly reactive, effective photocatalyst.     

复合方式对MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜光电化学性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了不同复合方式的系列多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)/TiO2纳米复合薄膜电极. 通过SEM表征了薄膜的表面形貌, 并测定了MWCNTs引入前后对TiO2晶型结构和光吸收性能的影响以及不同复合方式的纳米复合薄膜的光电化学特性. 结果表明, MWCNTs/TiO2纳米复合薄膜表面形成无序多孔的形貌, 其光谱吸收边可拓展到可见光区; MWCNTs底层分布的纳米复合薄膜比纯TiO2表现出更好的光电活性, 而MWCNTs在表层分布及均匀分布的纳米复合薄膜的光电活性相对较差. 依据载流子分离原理探讨了不同复合方式对纳米复合薄膜光电性能的影响, 底层分布MWCNTs的纳米复合薄膜由于MWCNTs有效地收集传递电子并阻止载流子的复合从而提高了光电化学活性.     

负载金的掺氮二氧化钛的制备及其可见光催化性能

以纳米管钛酸为前驱体,采用水热法先制备得到新型N掺杂二氧化钛,然后用沉积沉淀法在N掺杂二氧化钛表面负载微量贵金属Au,制备得到负载Au的掺N二氧化钛.利用TEM、XRD、XPS、ESR和DRS等手段研究了样品的形貌、晶体结构、元素化学态和光谱吸收性质.样品光催化活性通过可见光催化降解丙烯进行评价,结果表明,样品N-TiO₂和Au/N-TiO₂具有明显的可见光(λ≥420 nm)催化活性.ESR结果表明,掺氮过程中生成的束缚单电子的氧空位是样品具有可见光响应的原因.     

Zr0.5Ti0.5O2纳米薄膜的光电性能

采用溶胶-凝胶法制备了Zr0.5Ti0.5O2固溶体薄膜,通过X-射线衍射分析（XRD）、扫描电镜分析（SEM）、紫外吸收光谱(UV-Vis)和X射线光电子能谱（XPS）等方式对材料进行了表征。结果表明实验制得的材料Zr：Ti=1:1,薄膜表面平整、致密、光滑,皲裂情况较单纯的TiO2和ZrO2薄膜有明显改进;另外由于Zr的掺入,薄膜在紫外光波段有良好的吸收,吸收边较TiO2薄膜有明显的蓝移。通过标准的光刻剥离技术和磁控溅射技术在Zr0.5Ti0.5O2纳米薄膜上制作了叉指型的金属电极。在5V偏压下,样品对可见光不吸收,对260 nm的紫外光有明显的光电响应,光电流与暗电流之比近3个数量级。     

Fe掺杂对纳米TiO2薄膜的结构与光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了Fe掺杂的TiO2薄膜,利用X射线光电子能谱、X射线衍射技术、显微共聚焦拉曼光谱、紫外可见光谱和原子力显微镜等对薄膜进行表征,以甲基橙为反应模型对光催化活性进行测试。 结果表明,在300~600 ℃焙烧时,TiO2以锐钛矿结构存在,700 ℃焙烧时出现金红石结构。 随掺铁量和焙烧温度的增加,Fe/TiO2薄膜的表面粗糙度和晶粒尺寸均逐渐增大;随镀膜层数的增加,Fe/TiO2薄膜光谱吸收向可见光方向移动;较低含量的铁掺杂改善了TiO2薄膜的光催化活性,而较高含量的铁掺杂则使TiO2薄膜的光催化活性下降,掺铁量为0.1%时Fe/TiO2薄膜的光催化活性最好。     

氮掺杂TiO_2纳米管阵列的制备及其可见光光电催化活性研究

联用电化学阳极氧化和湿化学法制备氮掺杂的TiO2纳米管阵列膜.应用SEM、XPS、DRS分析、表征,并研究该膜层的形貌、组成和光学性质以及在卤钨灯照射下降解甲基橙水溶液的光电催化活性.结果表明:氮以取代掺杂的形式进入TiO2晶格,掺氮的TiO2纳米管阵列在可见光区有较强的吸收,其光电催化性能优于纯的TiO2纳米管阵列膜.