納米TiO2催化薄膜的制備

陳娟 楊梓歆（云南師范大學(xué)，云南昆明650500）

納米TiO2催化薄膜的制備

陳娟 楊梓歆（云南師范大學(xué)，云南昆明650500）

由于TiO2催化薄膜能有效提高其光催化反應(yīng)性能，故此文對(duì)比了單層、雙層和三層納米半導(dǎo)體TiO2薄膜的制備方法。

多孔納米薄膜的制備，光催化雙層薄膜的制備，復(fù)合薄膜的制備

研究發(fā)現(xiàn)同種半導(dǎo)體中間插入金屬得到的復(fù)合薄膜，其光學(xué)性能和光催化性能得到較大提高。以下分別闡述了TiO2薄膜的制備方法。

1 多孔納米TiO2單層薄膜的制備

王東至[1]等采用溶膠-凝膠法在普通玻璃基片上制備了多孔納米TiO2薄膜。多孔結(jié)構(gòu)增加了光催化劑的比表面積，提高了光吸收及利用率,從而改變了薄膜光催化活性。袁頌東等[2]采用溶膠-凝膠法制備含鐵離子的二氧化鈦多孔納米薄膜，研究表明,鐵離子可以形成電荷陷阱,促進(jìn)空穴的界面?zhèn)鬟f反應(yīng),能有效分離離子，減少空穴-電子對(duì)的復(fù)合，提高了其電子利用率, Fe/TiO2復(fù)合納米薄膜的光催化活性明顯提高。

2 光催化雙層薄膜的制備

王睿飛等[3]采用溶膠凝膠法鍍膜，利用旋涂法將SiO2溶膠均勻涂抹在玻璃基片上，得到透射比最高的SiO2基體，再將TiO2溶膠涂抹在基體上，得到SiO2/TiO2光催化薄膜。與單層TiO2薄膜相比，SiO2/TiO2雙層膜具有更高的光催化性能。

3 三層復(fù)合薄膜的制備

劉一鳴等[4]通過磁控濺射制備薄膜。使用TiO2靶射頻磁控濺射，在玻璃片上制備單層TiO2薄膜，把濺射獲得的薄膜在空氣中經(jīng)過500℃退火2h，得到銳鈦礦單層TiO2薄膜。將銳鈦礦的單層TiO2薄膜表面磁控濺射金屬Cu薄膜，再經(jīng)200℃退火2h得到Cu2O-TiO2雙層復(fù)合薄膜。將Ag和Cu依次濺射沉積在銳鈦礦的單層TiO2薄膜表面后，再經(jīng)200℃退火制得Cu2O/Ag/ TiO2三層復(fù)合薄膜。在Cu2O/Ag/TiO2三層復(fù)合薄膜中，Cu2O和TiO2的厚度分別為90和100 nm，中間的Ag層厚度約為10 nm。研究表明，由于Ag金屬中間層的存在，使得上層的Cu2O納米顆粒尺寸減小，表面顆粒凹凸不平，從而增加了三層復(fù)合薄膜的表面積，提高了三層復(fù)合薄膜的可見光吸收強(qiáng)度，增加了表面積，促進(jìn)了激發(fā)電子的轉(zhuǎn)移及光生電子和空穴的分離，加快了光催化反應(yīng)活性。Han D等[5]介紹了一種用磁控濺射法制備的TiO2薄膜制備的新型Cu-Cu2o/TiO2納米復(fù)合薄膜的制備方法。在Cu-Cu2o/TiO2兩層薄膜中，TiO2和Cuo/Cu2O層的厚度都是100nm。此外，還研究了TiO2薄膜和Cu2O-TiO2薄膜進(jìn)行對(duì)照。Ye小組[6]報(bào)道室溫條件下，在Ag3PO4晶體上生長(zhǎng)AgX(Cl、Br、I)納米殼層結(jié)構(gòu)形成AgX/Ag3PO4復(fù)合光催化材料。趙娣等[7]利用了電化學(xué)方法制備Ag2S/Ag3PO4/Ni復(fù)合薄膜，組成薄膜的粒子呈大小均勻的球狀顆粒，平均粒徑在25 nm左右。結(jié)果表明，Ag2S/Ag3PO4/Ni是由均勻的球形納米顆粒構(gòu)成的薄膜，其光催化活性明顯優(yōu)于純Ag3PO4/Ni薄膜和純Ag2S/Ni薄膜。

4 結(jié)語(yǔ)

納米半導(dǎo)體TiO2具有較高的光學(xué)活性，它由于廉價(jià)、無(wú)毒、易制得等優(yōu)點(diǎn)，一直作為光催化反應(yīng)的熱點(diǎn)研究材料，但是由于其空穴與電子對(duì)容易復(fù)合，導(dǎo)致其量子利用率較低，其禁帶寬度也影響了TiO2對(duì)太陽(yáng)光的吸收，導(dǎo)致起光催化活性不高。通過研究者的不斷努力，發(fā)現(xiàn)TiO2的活性會(huì)隨著其顆粒大小而發(fā)生改變，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)粒徑在1-100nm時(shí)，其催化活性最高，故研究者把TiO2制成薄膜，極大提高了TiO2的光催化活性，此外，通過與其他金屬?gòu)?fù)合制備成雙層、三層光催化薄膜，復(fù)合薄膜由于粒徑較小和金屬的存在，能有效的促進(jìn)離子的分離，減少與空穴的復(fù)合，又進(jìn)一步的提高了TiO2的光催化活性。

[1] 王冬至,劉福田,單立福,等.多孔納米二氧化鈦薄膜的制備及其光催化活性[J].陶瓷學(xué)報(bào),2006,27(4):397-401.

[2] 袁頌東,袁靜玲,張智.Fe～(3+)/TiO_2多孔納米薄膜的制備與光催化活性的研究[J].影像科學(xué)與光化學(xué),2003,21(6):426-431.

[3] 王睿飛,趙洪力,樊慶,等.采用Sol-gel法制備SiO_2/TiO_ 2光催化雙層薄膜Preparation of Photocatalytic Double Films of SiO_2 and TiO_2 by Sol-gel Method[J].硅酸鹽通報(bào),v.35;No.233 (02):638-645.

[4] 劉一鳴,張王剛,梁偉,等.納米Cu_2O/Ag/TiO_2三層復(fù)合薄膜的結(jié)構(gòu)及性能[J].稀有金屬材料與工程,2015,44(7): 1754-1757.

[5] Han D,Huang J,Long Q,et al.Optical and Photocatalytic Properties of Cu-Cu 2 O/TiO 2,Two-Layer Nanocomposite Films on Si Substrates[J].Rare Metal Materials and Engineering,2015,44 (8):1888-1893.

[6] Yi Z G,Ye J H,Kikugawa N,et al.Nat.Mater.,2010,9(7): 559-564

[7] 趙娣,張博,段召娟,等.Ag_2S/Ag_3PO_4/Ni復(fù)合薄膜的制備及其光催化性能[J].無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào),2016,32(12):2158-2164.