氧化锌二氧化钛复合薄膜的制备及其光催化性能研究

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1、浙江火学硕士学位论义摘要半导体光催化是近30年来发展起来的新兴研究领域，其中Ti02由于其良好的化学稳定性，抗磨损性，低成本，无毒等特点而成为最具应用潜力的光催化剂。，一些半导体薄膜，如、AZO本身具有比Ti02更好的光催化性能，但由于其本身稳定性的问题，往往不直接作为光催化材料。在其表面覆盖一层稳定性更好的Ti02既可以作为保护层延缓其腐蚀，又可以形成半导体复合，抑制薄膜内光生电子．空穴对的复合提高光催化性能。但在简单复合半导体薄膜中，被Ti02覆盖的AZO薄膜内的光生电荷不能参与光催化作用而限制了复合薄膜光催化性能的进一步提高。本文采用不同方法制备AZO埋层部分暴露的AzO

2、爪02复合薄膜，得到了明显提高的光催化性能，并利用产生沉淀的氧化还原反应验证其机理。磁控溅射是一种工艺成熟的薄膜制备方法，实验中AzO、Ti02单层薄膜及两者的复合薄膜都用磁控溅射法在玻璃衬底上分别制备。用PVA液滴埋层预处理、热退火和等离子后处理等不同方法处理薄膜。用SEM、金相显微镜观察其表面形貌；Ⅺ∞研究其组分和微结构；台阶仪测试薄膜厚度；方块电阻仪测试其电学性能；紫外可见光谱仪测试其光学性能；4m班的罗丹明B紫外光照下2小时降解率表征其光催化性能。磁控溅射制各的单层AZO复合薄膜具有较低的电阻率，用不同等离子处理后其表面形貌发生了显著的改变。其中N、心等离子处理AZO薄

3、膜造成了其表面一定尺度和形状的不连续分布，这种性质可以考虑用来制备AZO层部分暴露的复合薄膜。．用PVA液滴喷雾干燥预处理法可以得到AZO埋层部分暴露的AZO．Ti02．复合薄膜，并且这种结构的复合薄膜得到了比简单复合薄膜高得多的光催化性能。分别用A矿、s}在紫外光照下对复合薄膜进行了紫外光照处理。结果在显微镜观察下发现Ag和S都在AZO暴露区出现大量沉淀。这说明在紫外光照下，AZO薄膜表面光生电荷(包括e。和h+)的产生速率要比Ti02薄膜要高得多。Ag和S都在AZO圆形的暴露区出现了明显的浓度梯度递减方向的不同，Ag的浓度浙江大学硕：L学位论文递减梯度方向是圆心向四周，而S

4、的浓度递减梯度方向是四周向圆心，这就证明：AZO—Ti02这个异质结在紫外光照下出现了少子漂移，并且这些电荷可以参与水溶液的氧化还原反应；漂移向AZO埋层的少子是h+，也就是说AZO薄膜是异质结的P极。根据S沉淀富集区边界的厚度推断暴露区的理想尺寸是10um。实验也证明了Ag+、S厶可以作为光催化过程中还原性、氧化性基团分布的辅助显示剂。热退火AZO．Ti02复合薄膜得到了比PVA液滴喷雾干燥预处理法处理样品更好的光催化性能。也用A92+的还原反应证实其AZO层部分暴露的形貌。与简单复合薄膜相比，提高这种复合薄膜的因素有：更高的AzO埋层薄膜晶化程度、出现与PVA预处理样品样品

5、类似的埋层暴露结构。关键词：光催化；磁控溅射；AZO；Ti02；埋层暴露；等离子处理浙江大学硕一

6、=学位论义AbstractPhotocatalysisofs唧iconductorSisawidelyinVestigatedsubjectdudngmepast30years．Amongtllem，titanimdioxideisthemost1atentmat甜a1foritschemicalstability，we撕bility，lowcostandi皿ocuity．Atthes锄et证le，someofmelow-Ethill6lmslikeAZOisphoto—catal

7、如ctllemselVes．HoweVer，formeirinstabilit)，，theyarenotsuitabletobephoto-catal如cagentdirectly．Couplillgthese10w-efillllswitllTi02啦l丘lIllscouldpreVentco玎osionoftheAZO觚de1111ancephoto-catal如cperf0肌anceofthewh01ecoInpositefilIIls．ButsiIllplycoupledfilIllsdoesn’tmake血11useofnleli曲t—inducedchargesin

8、tlleu11der-1ayerofmecoupledfihlls．1'llisanicledet锄inetomakemeAZOllIlder·layerp甜1y唧osedby函ffc鹏ntways，andacKeVeanen：hancedphc!to—catal如cperf．0nnance．AZO丘lIns，Ti02fihIls趾dtheirconlpositefilIIlsarepr印aredbyma印e仃0nsputtering，锄dpre仃eatedbyPVAsolution，orp