优秀毕业论文（何学敏）一Ga掺杂纳米TiO2薄膜的光电特性研究

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1、Ga掺杂纳米TiO2薄膜的光电特性研究作者何学敏指导教师刘贵昂教授摘要:利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Ga掺杂的TiO?薄膜，并在真空中于550°C下进行了2h的退火处理，采用UV-VIS透过谱和PL光谱对薄膜进行了表征。UV-VIS透过谱表明，掺Ga后的T©薄膜吸收边发生了明显红移，且退火后进一步红移了10~50nmoPL光谱说明薄膜具有一定的光致发光性。通过测量薄膜表面水滴直径计算接触角的方法，发现550°C退火2h后的薄膜具有良好的亲水性。光催化降解实验得出样品具有较强的光催化能力，低

2、功率（15W）紫外灯照射8h后，Ga掺杂的TiCh薄膜样品对亚甲基蓝溶液的降解率最高达到63.9%。关键词:Ga掺杂；纳米TiCh薄膜；退火；红移；亲水性；光催化ResearchonOpticalandElectricalPropertiesofGallium-dopedNanometerTiO2ThinFilmsAuthorXueminHeTutorProf.GuiangLiuAbstract:Thcgallium-dopedT©thinfilmsweredepositedonglasssubs

3、tratebyRFmagnetronsputtering,andannealingtreatedinvacuumfor2hoursat550°C・ThefilmswerecharacterizedusingUV-VIStransmissionspectraandPLspectroscopy.UV-VIStransmissionspectrashowthattheabsoiptionedgeoftheGa-dopedthinfilmsoccursobviouslyred-shifted,andeve

4、nared-shiftof10~50nmisfoundafterannealing.PLspectroscopyrevealthatthefilmscxsitphotolumincsccnccability.Thefilmshavegoodhydrophilicityasevidencedbycontactanglemeasurementandcalculation.Thesamplesexibitgoodphotocatalyticactivityasshownbythedegradationr

5、ateof63.9%formethylenebluesolutionafter8hoursirradiationunderlowpowerUVlamp(15W).Keywords:Gadoping;Nano-TiOithinfilms;Annealing;Red-shift;Hydrophilicity;Photocatalytic1引言半导体光催化技术在太阳能转化和环境治理等许多方面有着广阔的应用而景。在诸多光催化材料中，TiO2曲于化学性质稳定、无毒、成本低和抗光腐蚀等优点而倍受青睐。但对纯的

6、TiO2而言，只有太阳光屮的紫外光波段对其光催化起作用，太阳光的利用效率不足5%,且光生电子与空穴容易复合，光催化效率不高。近年来，人们一直努力探索各种改性手段來提高TiO2光催化效率，其中掺杂是制备高效TiO2光催化材料的有效手段之一［Z］。研究表明，利用阴离子N、S、C等〔7〜9】取代TiCh中的0,可以使材料具有很好的可见光活性，拓展光催化剂的响应范围，使其具有更好的实用价值，其中以N掺杂的TiCh可见光活性效果最佳而引起了广泛的关注。此外，许多研究学者通过向Ti02晶格中引入金属阳离子Fc

7、、Cu、Al、Zn、Ni、Pt等取代Ti原子位，以降低禁带宽度，将光响应波长拓展到叮见光区。1.1TiO2薄膜及其应用TiC)2有三种晶体结构：金红石(Rutile)锐钛矿(Anatase)和板钛矿(Brookite),有人对其结构进行了理论分析卩讥而在Ti02薄膜中一般只有两种结构：金红石和锐钛矿。金红石在高温稳定，锐钛矿则易在低温生长。这两种结构的区别如表1所示。表1TO两种结构的区别晶体结构晶系晶格参数相变温度折射率金红石四方晶系a=0.4593nmb=0.2959nm1855°C2.7锐钛

8、矿四方晶系a=0.3785nmb=0.9514nm642°C2.5由于TiCh粉末在悬浮体系中易于凝聚，分离回收比较困难且易中毒，不利于催化剂的再生，这是以Ti02为基础的光催化方法难以走向应用的主要原因之一，而将TiCh制成薄膜则可以克服纳米粉体的这些缺点。因此纳米TiCh薄膜是现在光催化材料的发展方向，有着很高的理论研究和实际应用的价值。TiCh薄膜具冇良好的电学性能，优异的光学性能，化学稳定性高，机械强度高，长期以來受到人们的关注，已经广泛应用在电了、光学、医学等方面。近年来