不銹鋼表面N-Fe共摻雜TiO2薄膜的制備及其光電性能研究.pdf

1、TiO2是一種光催化活性高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、成本低廉的光催化半導(dǎo)體材料，在抗菌消毒、空氣凈化、污水處理、自清潔等方面展示出了廣闊的應(yīng)用前景。但TiO2是寬禁帶半導(dǎo)體，只有在λ≤387nm的紫外光照射下才能表現(xiàn)出光催化活性，而紫外光僅占太陽光的4-6％。因此，窄化TiO2的禁帶寬度，提高TiO2對太陽能的利用率成了近些年光催化技術(shù)的重點(diǎn)研究課題之一。研究發(fā)現(xiàn)，在元素?fù)诫s改性中，對TiO2進(jìn)行金屬與非金屬元素的共摻雜是提高其光催化活性的

2、一種有效方法，其中N-Fe共摻雜的TiO2的光催化效果尤為突出。本文首先采用直流脈沖電泳沉積法在304不銹鋼基體上制備TiN薄膜，再對試樣進(jìn)行低溫氧化處理，生成不銹鋼負(fù)載型N-Fe共摻雜的TiO2薄膜，并對其形貌、相結(jié)構(gòu)、成分及光電化學(xué)性能進(jìn)行了研究。本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)以水為溶劑配制濃度為5 g/L的TiN納米顆粒懸浮液，選用304不銹鋼基片作兩電極，采用直流脈沖電泳沉積法在不銹鋼基片表面制備TiN薄膜，并對薄膜的形

3、成規(guī)律及其形貌、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，采用直流脈沖電壓可以顯著抑制水解反應(yīng)，有利于高質(zhì)量TiN薄膜的形成。直流脈沖電壓頻率對薄膜的形貌及沉積速率有重要影響，在5～30 Hz頻率范圍，可以形成較為均勻致密的TiN薄膜，且TiN的沉積速率隨頻率的增大而逐漸減小。由于陽極氧化，TiN薄膜中還含有一定量的O元素和Fe元素。在TiN薄膜與不銹鋼基體間的界面處，各元素含量呈梯度變化，有益于薄膜與基體間的結(jié)合。
　　(2)在400～700℃

4、溫度范圍，對TiN薄膜在空氣氛圍中進(jìn)行熱氧化處理，生成N-Fe共摻雜TiO2薄膜。研究表明，氧化溫度對所生成的TiO2薄膜的相結(jié)構(gòu)有重要影響，450℃時(shí)開始出現(xiàn)銳鈦礦相;500℃和600℃時(shí)則主要為銳鈦礦和金紅石共存的混晶結(jié)構(gòu);700℃時(shí)TiO2完全轉(zhuǎn)化為金紅石相。不同氧化溫度下生成的N-Fe共摻雜TiO2薄膜的紫外-可見光吸收邊均有明顯紅移，禁帶寬度變窄。此外，重點(diǎn)對性能最佳的500℃氧化生成的N-Fe共摻雜TiO2薄膜的光電響應(yīng)及光