溶胶-凝胶法制备ZnO及Fe掺杂ZnO薄膜及其表征

采用溶胶-凝胶法在玻璃基体上制备了ZnO和Fe掺杂ZnO薄膜,并通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射仪和紫外-可见分光光度计对所制备薄膜的表面形貌、结构和光学性能进行分析。结果表明,2种薄膜均表面光滑,为沿(101)晶面取向的纤锌矿结构;与ZnO薄膜相比,Fe掺杂ZnO薄膜表面更光滑,且晶粒尺寸从58.512nm减小到36.460nm;另外,Fe掺杂后,沿(101)晶面的取向程度减弱,且禁带宽度由3.1eV增大到3.4eV。     

氮掺杂对TiO_2薄膜光学性能的影响

目的研究氮掺杂对TiO2薄膜的折射率、透过率、吸收光谱和光学禁带宽度的影响,寻找最佳的掺N量,通过掺N来提高TiO2薄膜对可见光的敏感度。方法用射频磁控溅射方法在玻璃衬底上,控制氩气和氮气的流量比,生长出不同氮含量的TiO2薄膜。结果适量地掺杂可以提高薄膜的折射率;氮掺杂的TiO2薄膜的光学吸收边发生了明显的红移现象;可见光吸收带中存在肩峰的根本原因是出现了新的氮的2p能级。结论通过适量的氮掺杂可以有效地减小TiO2薄膜的光学禁带宽度,从而提高TiO2薄膜对可见光的响应和太阳光的利用效率,拓宽了TiO2薄膜在太阳能电池、光催化降解及建筑材料等方面的应用。     

Fe~(3 )-TiO_2复合纳米薄膜的制备及光催化特性的研究

通过射频磁控溅射工艺制备了TiO2复合纳米薄膜并分析了薄膜的结构及光催化特性.退火温度在350-550℃时Fe3 -TiO2复合薄膜均为锐钛矿相,以石英玻璃为基片的掺铁TiO2复合膜在(101)面有一定的择优取向.复合膜晶粒为锥形颗粒,薄膜表面积大于同温度退火时的纯二氧化钛薄膜,晶粒结晶过程中Fe3 替位Ti4 在晶粒中形成分离的P型杂质能级,TiO2的禁带宽度受到Fe3 杂质能级的影响使TiO2复合纳米膜的光吸收阈值有明显的“红移”的现象,在模拟日光环境光催化甲基橙试验中,Fe3 -TiO2复合纳米膜的催化活性高于二氧化钛薄膜.     

3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO_2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属(V,Cr和Fe)离子,采用全势线性缀加平面波(FP-LAPW)方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.     

3d过渡金属离子注入锐钛矿TiO2第一性原理研究

用金属离子注入方法在锐钛矿TiO2薄膜中掺杂3d过渡金属（V,Cr和Fe）离子,采用全势线性缀加平面波（FP-LAPW）方法计算3d过渡金属离子掺杂后锐钛矿TiO2的电子结构,通过紫外-可见吸收光谱测试方法检测3d过渡金属离子注入对TiO2薄膜吸收光谱的影响.实验结果和理论计算表明,离子注入后,锐钛矿TiO2薄膜带隙宽度变小,V,Cr和Fe离子的3d态在紫外-可见吸收光谱的红移中起关键作用.     

Y-Nb共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果 Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O 2p态、Ti 3d和Y 3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论 Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

Y-Nb共掺杂金红石型Ti02电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O2p态、Ti3d和Y3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

铈掺杂对氧化钛薄膜光吸收性能的影响

采用电子束蒸发法制备铈掺杂的TiO2薄膜,研究掺杂铈TiO2薄膜的透过率,以及掺杂对TiO2薄膜光吸收性能的影响.实验发现掺杂CeO2使氧化钛薄膜的禁带宽度Eg从3.27 eV减小到2.51 eV,从而使光学吸收边从380 nm红移到495nm,大大提高了对太阳光或可见光的利用能力.     

Fe3+掺杂TiO_2的制备及其微观结构和光学性质研究

采用溶胶-凝胶法制备了Fe~(3+)掺杂TiO_2粉体和薄膜,通过X射线衍射仪分析了Fe~(3+)掺杂TiO_2的微观结构,采用紫外可见近红外分光光度计表征了Fe~(3+)掺杂TiO_2的光学性质。结果表明:Fe~(3+)掺杂TiO_2为锐钛矿结构,随Fe~(3+)离子浓度的增加,TiO_2晶化减弱,晶粒尺寸减小。掺杂前后TiO_2薄膜在波长400 nm到1100 nm之间,透过率在65%以上,在310 nm到380 nm之间,透过率急剧减小;当Fe~(3+)摩尔含量为3%时,TiO_2的吸光度最大,禁带宽度最小。     

TiO_2对V_2O_5离子储存电极薄膜性能的影响

采用溶胶-凝胶技术制备出(TiO2)x-V2O5复合离子存储电极薄膜,主要研究了有机、无机Ti源,TiO2掺杂量(x为0、0.05、0.1、0.2、0.3mol)等对V2O5薄膜结构与性能的影响。通过场发射扫描电镜(FE-SEM)、循环伏安测试(CV)、紫外-可见光谱等手段研究了薄膜的表面形貌、电化学性能和光学性能。结果表明,TiO2掺杂降低了V2O5薄膜离子储存容量,采用无机Ti源四氯化钛较有机Ti源钛酸丁酯掺杂的复合薄膜具有更高的可见光透过率以及离子储存容量,与V2O5薄膜相比,透射率增大了20%。随着无机Ti源掺量增多,薄膜离子储存容量降低,但在循环过程中降低趋势减缓并逐渐保持稳定,50次循环后纯V2O5薄膜储存容量降低了25%,掺杂TiO2后平均降低16%,V2O5薄膜循环稳定性有所提高。TiO2掺杂显著降低了V2O5阴极的着色效应,随着TiO2掺量的增加,复合薄膜光透过性增强。     

TiO2-x(V2O5)纳米复合薄膜的光吸收

采用溶胶 -凝胶技术 ,以Ti(C4H9O) 4 和V2 O5粉末为原材料制备了纳米结构的TiO2 -x(V2 O5) (x为V2 O5的质量分数 ,分别为 10 % ,2 0 % ,30 % ,10 0 % )复合薄膜 .采用原子力显微镜观察薄膜的表面形貌 ;使用UV VIS NIR分光光度计测量了复合薄膜在紫外 -可见光波段的透射率和反射率光谱 ,研究其光吸收特性 .实验结果表明 :复合薄膜具有纳米颗粒结构 ;随着V2 O5用量的增加 ,复合薄膜在紫外光区的吸收逐渐增加 ,(αhv) 1/ 2 与hv存在线性关系 ,光学带隙由纯TiO2 的 3.36eV减小为x =30 %时的 2 .83eV ,光学带隙与x满足Eg(x) =Eg(0 ) [Eg(1)-Eg(0 ) -b]x bx2 关系式 ;复合薄膜光吸收边缘红移起因于V2 O5复合后薄膜中定域态宽度的增加 .     

铁离子掺杂TiO2基自洁净玻璃的制备及性能

用溶胶—凝胶法制备了表面镀有Fe—TiO2光催化薄膜的自洁净玻璃，并利用DTA—TG，XRD，SEM等手段研究了Fe—TiO2光催化薄膜的结构与特征。利用紫外—可见光分光光度计测量了不同镀膜层数的玻璃的透光率。通过光催化降解有机磷农药敌敌畏的水溶液，研究了不同铁含量以及不同镀膜层数对自洁净玻璃光催化活性的影响。研究结果表明：光催化薄膜主要由粒径为几十纳米的Fe3O4和TiO2颗粒构成；铁离子掺杂可以提高自洁净玻璃的光催化活性，在同样镀膜层数(2层)的情况下，[Fe]/[TiO2](摩尔比)＝0．005时的光催化性能最好；当用同样浓度的铁离子掺杂时，镀膜层数为9的光催化活性最高。     

Fe掺杂TiO2结构和磁性

在退火温度为773K、Fe掺杂量为n(Fe)/n(Fe+Ti)=1∶25的制备条件下,用溶胶-凝胶法在空气氛围中制备Fe掺杂TiO2稀磁半导体纳米粉末;用直流磁控溅射方法并在真空和空气氛围中结合原位退火工艺,在普通玻璃基片上制备Fe掺杂TiO2薄膜.利用X射线衍射仪(XRD)对其结构进行表征,振动样品磁强计(VSM)对磁性进行表征.结果表明,溶胶-凝胶法制备的粉末材料的磁性为室温顺磁性;直流磁控溅射法制备的薄膜样品在空气和真空氛围中均为室温铁磁性,其中真空退火能够产生更强的铁磁性.这说明可能是薄膜和基底的相互作用产生和铁磁性至关重要的氧空位,而真空环境退火能够增加氧空位.     

磁控溅射制备TiO_2薄膜及其光学特性研究

采用直流反应磁控溅射法在玻璃衬底上制备TiO2薄膜.用紫外-可见光分光光度计和AFM分别表征了薄膜的透射率和表面形貌,用包络线法详细研究了不同衬底温度下TiO2薄膜的光学特性.结果表明:薄膜在可见光波段有很高的透明度,且随着衬底温度的升高,薄膜的透射率略有增加,薄膜的折射率和吸收系数增大,薄膜的光学带隙减小;同时,薄膜表面粗糙度减小,薄膜变得平整.     

硫氮共掺杂TiO2薄膜的可见光催化性能

以钛酸丁酯(C16H36O4Ti)和硫脲(SC(NH2)2)为前驱体制备溶胶,通过旋涂方法制备Ti O2光催化剂薄膜;利用XRD、SEM、XPS、UV-vis等手段进行结构表征和光吸收性能测试,并通过降解亚甲基蓝溶液评定其可见光下的光催化活性。结果表明,以硫脲为前驱体时可实现硫氮元素在Ti O2中的共掺杂;掺杂后的Ti O2薄膜对可见光有明显的吸收,并在可见光下对亚甲基蓝溶液显示出较高的降解率,其中掺杂量质量分数为3.0%的薄膜样品光催化活性最好。在本实验条件下,经可见光照射7 h后,亚甲基蓝溶液降解率接近100%。分析表明,硫元素以S6+状态取代Ti4+存在于Ti O2晶格,氮元素则以间隙和取代的方式存在。硫氮元素的协同作用在Ti O2的禁带中引入杂质新能级,使Ti O2带隙变窄,因此对可见光吸收并显示出强的可见光催化活性。     

摩擦副表面物化特性对纳米级膜厚的影响

为研究固体表面物理化学特性对 nm级润滑膜厚度的影响 ,以铝、铬、钛和二氧化钛作为基体表面材料 ,采用NGY- 2型 nm级膜厚测量仪 ,对 136 0 4标准粘度液、添加有10 %十六酸乙酯的 136 0 4溶液和液体石蜡的膜厚进行了测量 ,并利用 Fourier红外分析仪对润滑剂在实验前后的成分变化进行了检测。红外光谱数据表明 ,不同基体下 ,润滑剂在实验前后的化学成分没有发生变化。膜厚测量结果发现 ,基体的表面物理化学性质对润滑膜厚度有较大影响 ,对基体Al,Cr,Ti,Ti O2 ,弹流润滑向薄膜润滑的转变的临界膜厚按基体表面能增大的顺序依次增大。该研究为处于薄膜润滑状态的润滑系统摩擦副的设计提供了理论基础     

UV-辐照TiO_2纳米管阵列脱色甲基橙废水研究

在近中性的电解液中,采用恒电压阳极氧化法制备了TiO2纳米管阵列膜催化剂,研究了阳极氧化电压、氧化时间、电解液中氟离子浓度等对二氧化钛纳米管阵列表观形貌的影响,并分析了其晶型.以甲基橙模拟废水为目标物,测试了催化剂的光催化脱色效率.结果表明:催化剂的制备条件影响其表观形貌和晶型,进而影响其光催化效率;本实验制备的TiO2纳米管阵列的孔内径约为30~50 nm,壁厚约20~25 nm;热处理前催化剂为无定形型,550℃下热处理后的催化剂晶型以锐钛矿为主;同直接光解相比,光催化脱色甲基橙废水的效率提高了40%.     

磁控溅射制备Ag/TiO2复合薄膜的光催化降解性能

为了提高TiO2薄膜的光催化效率,利用中频交流磁控溅射技术,采用Ti和Ag金属靶制备了Ag/TiO2复合薄膜.利用X射线光电子能谱、 X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复合薄膜的成分、结构和表面形貌,并研究了其光催化降解性能.结果发现: Ag在厚度较薄时以聚集颗粒形式存在; 在Ag膜厚度为15 nm时, Ag/TiO2复合薄膜与TiO2薄膜相比其光催化效率可提高2倍; Ag/TiO2复合薄膜对亚甲基蓝的光催化降解效率与复合薄膜的透射率均随Ag膜厚度增加逐渐下降,其原因是Ag膜厚度不断增加,最终完全覆盖TiO2薄膜表面,阻挡了TiO2薄膜与污染物的有效接触, Ag作为光生电子捕获剂的有利影响消失.