电沉积TiO2纳米晶薄膜及其光电性能研究

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纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究

纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。

环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。

纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。

本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。

标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。

以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。

科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。

1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。

在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。

锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。

所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。

只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。

改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。

光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。

粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。

电子束蒸发沉积TiO2薄膜结构及光学性能的研究

第24卷　第11期2002年11月武　汉　理　工　大　学　学　报J OURNAL OF W UHAN UN I VERSI T Y OF TECHN OLOG YV o l .24　N o .11　N ov .2002文章编号:167124431(2002)1120011204电子束蒸发沉积T i O 2薄膜结构及光学性能的研究王学华　薛亦渝　赵　利　张幼陵(武汉理工大学)摘　要:　研究了工艺条件对电子束蒸发沉积在K 9玻璃上T i O 2薄膜的结构和光学性能的影响。

正交试验结果表明,基片温度是影响薄膜光学常数的主要因素,制备T i O 2薄膜的最佳工艺参数为:基片温度300℃,工作真空2×10-2Pa ,沉积速率0.2nm s 。

采用最佳工艺沉积在透明基片上的T i O 2薄膜在可见光区具有良好的透过特性,同时也得出了薄膜的光学带隙能E g =3.77e V 。

SE M 观察结果表明薄膜为柱状纤维结构,柱状纤维的直径在100～150nm 之间。

关键词:　电子束蒸发;　T i O 2;　光学薄膜中图分类号:　O 484.4文献标识码:　A收稿日期:2002207208.作者简介:王学华(19762),男,博士生;武汉,武汉理工大学材料科学与工程学院(430070).氧化钛(T i O 2)薄膜具有优良的透光性、高折射率和良好的化学稳定性,并且折射率可随制备工艺变化,是非常重要的光学膜,已被广泛地应用于抗反射涂层、干涉滤波片、电致变色窗和薄膜光波导[1]。

制备T i O 2薄膜的PVD 方法主要有反应蒸发[2,3]、反应磁控溅射[4,5]和脉冲激光沉积[6,7]等。

众所周知,薄膜的生长形态、晶体结构和化学计量比对沉积条件极为敏感,工艺参数如基片特性、O 2分压、沉积速率和基片温度对薄膜的致密度、结晶度和光学性能有很大影响。

采用正交试验法研究工艺参数对电子束蒸发沉积在玻璃基片上的T i O 2薄膜光学常数的影响。

TiO2薄膜光致发光谱的研究

附近的发光峰是在光声子参与下通过氧缺陷捕获的激子的简接复合引起的；在５３５ｎｍ附近的发光峰来源于氧空位引起的自捕获激子的复合。最后给出退火对发射光谱的影响。关键词：ＴｉＯ。薄膜；光致发光；直流反应磁控溅射；激子
中图分类号：０４６２．３；０４８４．５文献标志码：Ａ
Ｓｔｕｄｙ
ｏｎ
ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅｓｐｅｃｔｒｕｍｏｆＴｉ０２ｔｈｉｎｆｉｌｍ
摘要：采用直流反应磁控溅射的方法，溅射高纯钛靶在玻璃衬底上制备了ＴｉＯ。薄膜。在室温下用荧光分光光度计测量ＴｉＯ。薄膜的光致发光谱。试验结果表明：在３３６ｎｍ附近的发光峰是由于光诱导的电子空穴对的垂直辐射复合；在３７０ｎｍ附近的发光带是来源于能带之间的
辐射复合；在４３０ｎｍ附近的发光带是由表面态捕获的电子空穴对的激发引起的；在４７０ｎｍ
ｎｅｔｒｏｎ
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ｇｌａｓｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＤＣｒｅａｃｔｉｖｅｍａｇ—
ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇｗｉｔｈ
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Ｔｉｔａｒｇｅｔ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＰＬ）ｓｐｅｃｔｒａｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ
ａｔ
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ｓｐｅｃｔｒｏｆｌｕｏｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ
景的超高效染料敏化太阳能电池材料而备受国内
收稿日期：２００８—１卜０６；修回日期：２００８～１１－３０
作者简介：江洪湖（１９８３～），男，河南南阳人，硕士研究生，主要从事薄膜材料和薄膜物理方面的研究工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｇｈｏｎｇｈｕ８３＠１２６．ｃｏｒｎ
・
８６・
江洪湖，等：ＴｉＯ：薄膜光致发光谱的研究
・８８・

(Ni-Mo)／TiO2纳米薄膜光催化降解刚果红的性能与机理

Ａｂｔｃ：（ｉ）ｉｏｏｉｈｎｆｍｓｗｅｅｐｅａｅｙｃｍｐｓｅｅｅｔｐａｉｇａｏｓａｔｓｒｔＮ— ／Ｏ２ｃｍｐｓｅｔｉｉｒｒｐｒｄｂｏｏｉｌｃｒｌｎｔａｃｎｔｎａＭｏＴｔｌｔｏｔ
．
［ｔｌＡｒｃｅｉ］
ｄｉｌ．８６Ｐｏ：０３６／ＫＵ．ＷＨＸＢ０１２８２１１０１
（ｉｏ／ｉ２米薄膜光催化降解刚果红的性能与机理Ｎ－）Ｏ￣ＭＴＲ
李爱昌李桂花郑琰冯玲玲郑彦俊
（廊坊师范学院化学与材料科学学院，河北廊坊０５０）６００摘要：用恒电流复合电沉积方法制备（－）ｉＮｉ／Ｏ薄膜，ＭｏＴ以扫描电子显微镜（Ｅ、ＳＭ）Ｘ射线衍射（ＲＤ、曼Ｘ）拉（ａｎ光谱和紫外－Ｒｍａ）可见漫反射光谱（ＶＶｉＤＳ）Ｕ－ｓＲ对薄膜的表面形貌、晶相结构和光谱特性进行了表征以刚果红为模拟污染物对薄膜的光催化性能进行了测定，并讨论了刚果红溶液的ｐＨ值对薄膜光催化活性的影
，
响．采用循环伏安技术和向溶液中加入活性物种捕获剂的方法对薄膜光催化降解机理进行了探索结果表明：（ｉ）ｉ薄膜是由粒径为５ — ０ｍＴＯ纳米粒子相和纳米晶ＮｉＮ－／Ｏ２ＭｏＴ０１０ｎｉ — Ｍｏ固溶体相构成的复合薄膜薄膜具
（ — ）ｉ异质结和良好的电子通道，Ｎｉ／Ｏ２ＭｏＴ以及Ｎ－纳米晶合金对溶解氧和激发电子还原反应的催化作用．ｉＭｏ分

钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备及性能研究

钙钛矿太阳能电池TiO2电子传输层的制备及性能研究钙钛矿太阳能电池是一种新兴的高效太阳能转换技术，其独特的材料组成和工作原理使其在可再生能源领域具有巨大的应用潜力。

其中，TiO2作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层起着重要的作用。

本文将对TiO2电子传输层的制备方法及其性能进行研究，并探讨其对钙钛矿太阳能电池工作效率的影响。

首先，我们将介绍几种常用的TiO2电子传输层制备方法。

常见的方法包括溶胶-凝胶法、射频磁控溅射法和层状化学气相沉积法等。

其中，溶胶-凝胶法是一种简单且可扩展的方法，通过将适当浓度的TiO2前驱体溶液在基底上自旋涂敷，然后进行热处理来制备TiO2薄膜。

射频磁控溅射法则利用高能量粒子轰击靶材产生的离子组分沉积在基底上形成TiO2薄膜。

层状化学气相沉积法则通过连续变化反应区域中的气流温度和浓度，使TiO2从气相中沉积在基底上形成薄膜。

这些方法各有优劣，并且可以根据具体需求选择适合的制备方法。

接下来，我们将研究TiO2电子传输层的性能及其对钙钛矿太阳能电池效率的影响。

首先，我们将考察TiO2薄膜的晶体结构、表面形貌和光学性质等方面的特征。

X射线衍射（XRD）可以用于确定TiO2薄膜的晶相，扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）则可以观察到薄膜的表面形貌和粗糙度。

紫外可见吸收光谱和透射电子显微镜（TEM）能够提供关于材料的光学性质和能带结构的信息。

进一步地，我们将研究TiO2电子传输层与钙钛矿吸光层之间的接触界面特性。

界面电子传输效率的提高对于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率至关重要。

通过阻抗谱分析和暗电流密度测试等方法，我们可以评估TiO2电子传输层与钙钛矿吸光层之间的电子传输效率和接触电阻。

同时，我们还可以通过测量光电流-光压力（IPCE）和短路电流（JSC）等参数来评估钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

最后，我们将讨论TiO2电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。

TiO2电子传输层的制备方法和性能参数将直接影响到钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、开路电压（VOC）和填充因子（FF）等关键参数。

TiO2纳米管阵列的制备及光电性能研究

TiO2纳米管阵列的制备及光电性能研究作者：李娜林仕伟赵玉伟来源：《价值工程》2013年第23期摘要：用阳极氧化法制备出高度致密、有序的TiO2纳米管阵列。

利用SEM和XRD表征分析纳米管阵列的形貌和结构，并通过电化学瞬时光电流对TiO2纳米管阵列的光电化学特性进行了研究。

实验结果表明：经过500℃退火后的TiO2为掺杂有金红石相的锐钛矿的混晶结构。

随着退火温度升高到600℃，金红石型的晶相比例增加。

光电测试结果表明：随着退火温度升高，瞬时光电流减小，同时阳极氧化时间影响TiO2 纳米管阵列光电极的光电性能。

Abstract： TiO2 nanotube arrays were fabricated by anodic oxidation on a titanium sheet. The morphology and structure of the nanotube arrays were characterized by SEM and XRD. The photoelectric properties of the nanotube arrays electrodes were evaluated by transient photocurrents. The results show that the structure of nanotube arrays is a mixture phase of anatase and rutile annealed at 500℃. With the annealing temperature increasing to 600℃， the phase ratio of rutile increases. Photoelectric test results show that： the instantaneous photoelectric current decreases as the annealing temperature increases and at the same time， anodic oxidation time affects the photoelectric properties of nanotube arrays photoelectrode.关键词：阳极氧化；纳米管；光电流Key words： anodic oxidation；nanotube；photoelectric current中图分类号：O649 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）23-0305-020 引言高有序的TiO2纳米管阵列薄膜是近年来纳米材料研究的热点之一。

纳米TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究

粉体呈锐钛矿相，８０经０ ℃退火得到了锐钛矿相与金红石相的混合晶相，９０经０ ℃退火完全转化为金红石相。薄
膜表面粒子分布均＞，面平均粗糙度为１５ｎ该薄膜具有较高的光催化活性，直接用于光催化降解有机－表－ｊ．４ｍ，可
ｔｒｕｎｎｏａｎｔｓｈｓｅｎｅｌｇｆｏ３０ｔ０ ℃ ．ｔｔｒｓｉｔｘｄｐａｅｓｒｃｕｅｏｎｔｓｕｅｔｒｓｉｔｎａａａｅｐａｅｗｈｎａｎａｉｒｍ０ ℃ ｏ７０ｎｉｕｎｎｏａｍｉｅｈｓｔｕｔｒｆａａａｅａｄｒｔｌｗｈｎａｎａｉｇａ０￣，ｎｔｔｒｓｉｔｉｇｅｒｔｅｐａｅｗｈｎａｎａｉｇａＯ￣Ｔｈａｔｃｅｉ— ｎｕｉｅｎｅｌｔ８０Ｃａｄｉｕｎｎｏａｓｎｌｕｉｈｓｅｎｅｌｔ９ＯＣ．ｅｐｒｉｌｓｄｓｅｎｌｎｔｉｕｅｏｈｉｓｒａｅａｅｈｍｏｅｅｕｎｈｖｒｇｕｆｃｏｇｎｓｓ１５ｎ￣Ｔｈ０２ｔｉｉｈｓａｒｂｔｎｔｅｆｍｕｆｃｒｏｇｎｏｓａｄｔｅａｅａｅｓｒａｅｒｕｈｅｓｉ．４ｎｌｅＴｉｈｎｆｍａｌｖｒｏｄｐｏｏａａｙｉＩａｅａｐｉｄｉｎｉｌｓｓｃｓｐｏｏａａｙｉｅｒｄｔｎｏｒａｉｏｏｎｓａｄｅｙｇｏｈｔｃｔｌｓｓｔｃｎｂｐｌｍａｙｆｄ，ｕｈａｈｔｃｔｌｔｃｄｇａａｉｆｇｎｃｃｍｐｕｄ，ｎ．ｅｎｅｏｏ

TiO2薄膜的结构及性能研究

钛氧膜的结构及性能研究摘要：主要介绍关于钛氧膜的能带结构，晶体结构以及钛氧膜的生物相容性能和表面活性等问题，还有钛氧膜的化学处理方法。

关键字：钛氧膜结构生物相容性表面活性TiO2有独特的光学、电学及化学性质,已广泛用于电子、光学和医学等方面。

例如,作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有钛氧膜的物体具有自清洁作用,从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相钛氧膜是很好的人工心脏瓣膜材料。

对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。

在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。

Ti-O膜作为生物活性材料在生物体内可以长期稳定存在且不与生物组织发生物化反应，即具有良好的生物相容性，但其缺点在于植入生物体内后，不能有效地在材料表面形成有正常的细胞并维持长期的活性。

国内外很多的研究者采用各种表面改性工艺方法，对材料表面进行生物活化或有机/无机复合等使材料表面挂带—COOH、—OH、—NH2等反应性基团，然后通过形成共价键使生物分子如蛋白质、多肽、酶和细胞生长因子等固定在材料表面，充当邻近细胞、基质的配基或受体，在材料表面形成一个能与生物体相适应的过渡层，以达到活化钛氧膜表面的效果。

目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。

1 氧化钛的能带结构与晶体结构1.1氧化钛的能带结构氧化钛的能带结构如图1-1所示［1］。

以金红石相为例，锐钛矿相的结构基本与其一致。

氧化钛能带结构是沿布里渊区的高对称结构，3d轨道分裂为e g与t2g 两个亚层，但它们全是空的轨道，电子占据s和p能级；费米能级处于s、p能带和t2g能带之间；最低的两个价带相应于O2s能级。

接下来6个价带相应于O2s 能级，最低的导带是由O3p产生生的，更高的导带能级是由O3p产生的。

TiO2的实验报告

纳米TiO2的制备及其光催化性能的检验实验报告一、实验目的：1、了解纳米TiO2的性质及应用。

2、掌握制备纳米TiO2的原理和方法，并比较不同方法的优缺点。

3、掌握检验纳米TiO2光催化性能的一般方法。

4、掌握离心机、分光光度计等仪器的使用方法。

二、性质：（1）基本化学性质：纳米TiO2化学性能稳定,常温下几乎不与其它化合物反应,不溶于水、稀酸,溶于氢氟酸和热浓硫酸。

不与空气中CO2 ,SO2,O2等反应,具有生物惰性。

纳米TiO2具有热稳定性,无毒性。

与硫酸氢钾或与氢氧化碱或碳酸碱共同熔融成钛酸碱后可溶于水。

相对密度约4.0。

熔点1855℃。

（2）光催化：纳米TiO2是一种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,金红石型为3.0eV,当它吸收了波长小于或等于387.5nm 的光子后,价带中的电子就会被激发到导带,形成带负电的高活性电子e-,同时在价带上产生带正电的空穴h+,吸附在TiO2表面的氧俘获电子形成•O2-,而空穴则将吸附在TiO2表面的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的•OH,反应生成的原子氧、氢氧自由基都有很强的化学活性, 氧化降解大多数有机污染物,同时空穴本身也可夺取吸附在半导体表面的有机物质中的电子,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化方式可能单独起作用也可能同时起作用,对于不同的物质两种氧化方式参与作用的程度有所不同。

这些原子氧、氢氧自由基和空穴还能与细菌内的有机物反应,生成CO2、H2O 及一些简单的无机物,从而杀死细菌,清除恶臭和油污。

此外,半导体表面产生的高活性电子具有很强的还原能力,电子受体可直接接受光生电子而被还原, 故也可用来还原去除环境中的某些特定污染物,如: Cu2+等有毒离子。

另外,光催化效率与激发态电子、空穴到达表面的时间有关, 纳米TiO2粒子作为光催化剂, 其粒径越小,电子、空穴到达反应表面的数量越多,光催化效率越高但是,由于TiO2本身禁带宽, 产生的电子-空穴对不仅极易复合而且寿命较短, 光响应范围较窄, 使光催化活性受到了一定的限制,且利用的光谱范围受到一定的限制。

液相沉积法制备纳米TiO2薄膜及其光催化活性研究

收稿日期：０８０ — ６２０—６０￥金项目：基深圳市科技计划项目（号：０２９）编２０１
６２
涂层方法、电沉积法、物理气相沉积法、液相沉积
法、自组装制膜法、等离子沉积、反应蒸发、化学气
相沉积和水热法等¨９ａａａ￣提出的液相沉１１ｇｙｍａｏ４。Ｎｌ
ｄｐｓｅｈｎｆｍｓｗｅｅｉｖｓｉａｅ．Ｔｅｔｎｐｒｎｅｈｃｎｓ，ｃｙｔｌｓｕｔｒｎｍａｅｏｅｄｐｓｅｉｅｏｉｄｔｉｉｒｎｅｔｔｄｈｒｓａｅｃ，ｔｉｋｅｓｒｓａｔｃｕｅａｄｉｇｆｔｅｏｉｄｆｍｓｔｌｇａｒｈｔｌｗｒｃａａｔｒｅｂｅｅｈｒｃｅｉｄｙＸＲＤ，ＡＦｚＭ，ａｄＶ — ｓｈｔｃｔｌｔａｔｉｆｔｅｉｈｎｆｍｓｅｅｅａｕｔｄｙｎＵＶｉ．ＰｏｏａａｙｉｃｉｔｏｈＴＯ２ｔｉｌｗｒｖｌａｅｂｃｖｙｉ
Ｓｅｚｅ５６，Ｃｉａｈｎｈｎ００ｌ８ｈｎ）
（．ｃｏｌｆｔｒｌＳｉｎｅａｄＥｇｎｅｉｉｎＵｉｒｉｆｒｈｔｔｒｎｅｈｏｇ，２ＳｈｏｏＭａｉｓｃｃｎｎｉｅｒｇＸｎｖｓｙｏＡｃｉｃｕｅａｄＴｃｎｌｙｅａｅｎａｅｔｅｏ
积法（Ｐ）具有设备要求低，ＬＤ，在水溶液中进行；能在大表面积和复杂形状的基材上制备膜；操作

TiO2／SrTiO3异质结纳米管薄膜的制备及光电化学性能研究

TiO2/SrTiO3异质结纳米管薄膜的制备及光电化学性能研究Study on Preparation andPhotoelectrochemical Performance of TiO2/SrTiO3 Heterojunction NanotubeArrays领域：环境工程作者姓名：胡文丽指导教师：谭欣教授企业导师：张曙光高级工程师天津大学环境科学与工程学院二零一四年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。

特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。

同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。

（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要锐钛矿TiO2晶体通常暴露{101}晶面，而非高活性的{001}晶面，光生电子-空穴对复合率高，量子效率低，进而抑制了TiO2光催化活性。

此外，TiO2纳米材料具有较大的禁带宽度（3.2 eV），太阳光中仅占3~5 %的紫外光才能被其利用。

因此，这些缺点极大地限制了它的实际应用。

本研究中TiO2纳米管阵列被用作支撑反应物，与Sr(OH)2溶液反应，得到暴露TiO2{001}晶面的TiO2/SrTiO3纳米管阵列，该材料在紫外光下的光催化活性得到极大的提高。

采用扫描电显微镜（SEM）、X-射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼散射光谱（Raman）、X-射线能谱分析（XPS）等表征手段对样品进行分析。

SnSTiO2(Nb2O5)纳米复合材料制备及光电性能研究的开题报告

SnSTiO2(Nb2O5)纳米复合材料制备及光电性能研究的开题报告1. 研究背景近年来，纳米复合材料在光电领域中得到了广泛应用。

SnO2和TiO2是一些典型的半导体材料，具有优异的光电性能，然而它们的光催化活性很低。

因此在制备这些材料时，加入适量的掺杂剂或纳米材料可以提高它们的光催化活性。

Nb2O5掺杂剂是一种特别有效的材料，在纳米复合材料中被广泛应用。

本研究旨在制备SnO2/TiO2和SnO2(Nb2O5)/TiO2(Nb2O5)纳米复合材料，并研究它们的光电性能。

2. 研究内容本研究将分为以下几个方面：(1) 合成和表征SnO2/TiO2和SnO2(Nb2O5)/TiO2(Nb2O5)纳米复合材料。

采用溶胶-凝胶法合成，控制反应条件和材料浓度，调节复合材料结构和性能。

(2) 研究纳米复合材料的光电性能。

通过紫外-可见漫反射光谱、X射线光电子能谱和光致发光等技术研究复合材料的吸收和发射特性。

同时还将研究复合材料的电化学性能和光催化活性。

(3) 探究掺杂量和复合材料结构对光电性能的影响。

通过调节铌氧化物的掺杂量和调节复合材料结构，研究它们对光电性能的影响。

3. 预期成果本研究将得到以下预期成果：(1) 成功制备出SnO2/TiO2和SnO2(Nb2O5)/TiO2(Nb2O5)纳米复合材料。

(2) 研究和分析复合材料的光电性质，包括吸收和发射特性、电化学性能和光催化活性。

(3) 探究掺杂剂的掺杂量和复合材料结构对光电性能的影响。

4. 研究意义本研究的意义在于：(1) 制备出具有良好光电性质的纳米复合材料，为其在环境污染治理和光电器件制备等领域的应用提供了新的选择。

(2) 探究掺杂量和复合材料结构对光电性能的影响，为材料设计和合成提供了参考。

(3) 通过本研究，可以进一步深入了解纳米复合材料的光电性质，推动光电材料的发展。

TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇

TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究共3篇TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究1TiO2纳米结构、复合及其光催化性能研究随着环境污染日益严重，光催化技术逐渐成为一种重要的治理手段。

其中，TiO2因其良好的光催化性能，在光催化领域中得到了广泛应用。

近年来，随着纳米技术的发展，研究人员开始尝试制备TiO2纳米结构及其复合材料，以提高其光催化性能。

本文将就TiO2纳米结构、复合及其光催化性能进行探讨。

TiO2是一种广泛应用于光催化领域的半导体材料。

其中，纳米级TiO2颗粒具有更高的比表面积和更好的光催化性能。

通过控制TiO2颗粒的形貌和尺寸，可以进一步提高其光催化性能。

目前，制备TiO2纳米颗粒的方法主要有溶胶-凝胶法、水热法、气-液界面法等。

其中，溶胶-凝胶法是最常用的制备方法之一。

通过将钛酸四丁酯、乙醇等原料混合后，进行溶胶-凝胶、干燥、煅烧等步骤，即可制备纳米级TiO2颗粒。

研究表明，通过控制煅烧温度和时间，可以控制TiO2颗粒的尺寸和形貌。

例如，较高温度和较长时间会导致颗粒尺寸增大，形貌由球形转变为椭球形或纺锤形等。

除了纳米颗粒外，掺杂和复合是另一种提高TiO2光催化性能的有效手段。

掺杂主要是通过将其他元素掺入TiO2晶格中，以改变其电子结构，提高光催化性能。

目前常用的掺杂元素包括银、氮、碳等。

复合则是将TiO2与其他材料复合，以提高其光催化稳定性和性能。

常用的复合材料包括金属氧化物、石墨烯、聚合物等。

对于掺杂TiO2，研究发现，掺杂银元素可以增加TiO2的光催化活性和稳定性。

由于银元素具有良好的表面等离子共振吸收效应，可促进TiO2的光吸收和电子传输。

同时，掺杂氮和碳元素可以缩小TiO2带隙，增强光吸收效果。

对于复合TiO2，研究发现，纳米级TiO2颗粒与金属氧化物复合，可以提高其光吸收和电子传输效果，从而提高光催化性能。

总体而言，制备TiO2纳米结构、掺杂和复合是提高TiO2光催化性能的有效手段。

TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响中期报告

TiO2薄膜的制备及厚度对其光学性质的影响中期报告一、研究背景与意义氧化钛（TiO2）是一种具有重要应用价值的半导体材料，广泛应用于光电领域、医疗领域和环境污染治理等领域。

其中，TiO2薄膜的制备及其光学性质的研究备受关注。

TiO2薄膜具有优异的光学、电学和磁学性能，一般可通过物理蒸发、喷雾法、溅射法、化学气相沉积法、水热合成法等方法制备。

而TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，因此研究TiO2薄膜厚度对其光学性质的影响，不仅可以为更好地应用TiO2薄膜提供基础研究，而且可以为材料设计和实际应用提供指导。

二、研究现状与存在问题目前，国内外已有许多关于TiO2薄膜制备及其光学性质的研究，其中一些研究表明TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响。

例如，近年来有研究表明TiO2薄膜的厚度对其折射率、光损耗和吸收率等光学性质均有影响，TiO2薄膜的厚度越薄，其折射率、光损耗和吸收率越小。

而随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率会逐渐增加，吸收率会逐渐降低。

这些研究为TiO2薄膜的应用提供了理论基础。

然而，目前普遍存在的问题是，对于不同制备方法和制备条件下的TiO2薄膜，其厚度与光学性质之间的关系还没有被系统地研究和解释。

此外，一些现有研究结果尚未达到一致性，需要进一步研究和验证。

三、研究方法本研究的主要内容是探究不同厚度的TiO2薄膜对其光学性质的影响。

具体来说，本研究将采用物理蒸发法制备一系列不同厚度的TiO2薄膜，利用紫外可见分光光度计、扫描电子显微镜等测试手段，研究不同厚度的TiO2薄膜在紫外可见光区域的透射率、反射率、折射率、吸收率等光学性质，并探究其与薄膜厚度之间的关系。

四、研究预期结果通过对不同厚度的TiO2薄膜的光学性质的研究，本研究预期得出以下结论：1、TiO2薄膜的厚度对其光学性质具有重要影响，薄膜厚度越薄，其透射率、折射率和吸收率均相应降低。

2、随着TiO2薄膜厚度的增加，其光学性质逐渐变化，例如折射率逐渐增加，吸收率逐渐降低。

低温液相沉积法制备纳米TiO2薄膜及光生阴极保护性能研究的开题报告

低温液相沉积法制备纳米TiO2薄膜及光生阴极保护性能研究的开题报告一、研究背景及意义纳米TiO2薄膜具有优异的光催化性能，可应用于太阳能电池，氧化反应等众多领域。

然而，该薄膜在实际应用中易受到光照和其他环境因素的影响，导致其性能退化。

因此，研究纳米TiO2薄膜的光生阴极保护性能及其制备方法具有重要的理论价值和实际应用价值。

二、研究内容1.采用低温液相沉积法制备纳米TiO2薄膜；2.研究纳米TiO2薄膜的晶体结构、表面形貌及光催化性能；3.分析不同光照条件下纳米TiO2薄膜的性能变化；4.制备纳米TiO2光生阴极，并研究其保护性能。

三、研究方法本研究采用低温液相沉积法制备纳米TiO2薄膜，并通过X射线衍射、扫描电镜等技术对其结构及形貌进行表征。

通过光催化降解亚甲基蓝等反应考察其光催化性能，并结合UVA、UVB等光照条件评价其性能变化。

制备纳米TiO2光生阴极，并结合阴极电流衰减曲线研究其保护性能。

四、预期成果1.成功制备纳米TiO2薄膜，并对其进行相关表征；2.研究纳米TiO2薄膜的光催化性能及其对不同光照条件的响应规律；3.成功制备纳米TiO2光生阴极，研究其保护性能；4.提高纳米TiO2薄膜的光生阴极保护性能。

五、可行性分析低温液相沉积法制备纳米TiO2薄膜已被广泛研究，并有相应的理论支持。

本研究在此基础上，通过对纳米TiO2薄膜的结构及形貌等进行表征，并结合反应性能的测试来分析不同光照条件下薄膜的性能变化。

同时，通过制备纳米TiO2光生阴极并研究其保护性能，可提高纳米TiO2薄膜的实际应用价值。

六、研究工作计划第一年：完成纳米TiO2薄膜制备及表征，初步研究光催化性能。

第二年：通过反应性能测试分析纳米TiO2薄膜在不同光照条件下的性能变化，并制备纳米TiO2光生阴极。

第三年：研究纳米TiO2光生阴极的保护性能，并结合前两年的研究成果提高纳米TiO2薄膜的光生阴极保护性能。

TiO2纳米晶和薄膜的制备及光催化性能

维普资Biblioteka 第３卷第３１期
２０年９０８月
长春理工大学学报（自然科学版）
ＪｕｎｌｆｂｎｃｕｉｅｓｙｏＳｉｃｎｅｈｏｏｙＮａｒｌ￣ｎ￣ｄｔｎ）ｏｒａｏＣａｇｈｎｖｒｉｆｃｅｅａｄＴｃｎｌ｛ｔａＳｉｃＥｉｏＵｎｔｎｇｕ￣ｉ
ＡｂｔａｔＴｉｎｎｃｙｔｌａｄｔｉｌｒｒｐｒｄｂｌｅｐｏｅｓＳｍｐｅｎｅｌｄａｉｅｅｔｅｅａｕｅｒｓｒｃ：Ｏ：ａｏｒｓａｓｎｎｆｍｓｈｉｗｅｅｅａｅｙｓ・ｌｒｃｓ．ａｌｓｎａｅｔｆｒｎｍｐｒｔｒｓｐｏｇａｄｔｗｅｅ
自从１７９２年Ｆｊｈｍａ和Ｈｏｄｕｉｉｓｎａ发现Ｔ０电ｉ２
有机污染物的环境处理方面有着广阔的应用前景。本工作采用溶胶一凝胶法制备了ＴＯ：ｉ纳米粉末及在石英玻璃基片上制备了不同层数的ＴＯ：ｉ薄膜，并研究了工艺参数对纳米ＴＯ粉末的结构及ＴＯｉ：ｉ：
ａｏｕ０％ｉ６０ｉｂｔ９ｎｍｎ．
Ｋｅｒｓｓｌｅｍｅｈｄｎｎｃｙｔｌ；ＴＯ２ａｏｌ；ｐｏｏａａｙｉｙｗｏｄ：ｏ－ｌｔｏ；ａｏｒｓｓｇａｉｎｆｍｎｉｈｔｃｔｌｓｓ
关键词：溶胶一凝胶法；纳米晶；纳米ＴＯ。ｉ薄膜；光催化
中图分类号：Ｔ０６６３Ｑ３：０４文献标识码：Ａ文章编号：１７ —９７２０）０６２８０（０８３—０９０５—０３

电子束蒸发制备TiO2_云母薄膜及其光学和光催化性能分析

电子束蒸发制备TiO2/云母薄膜及其光学和光催化性能分析发布时间：2022-01-25T07:39:18.776Z 来源：《中国科技人才》2021年第29期作者：李化中[导读] 以往人们采用的部分化学品中含有诸多污染物，在环境中大量积累后造成严重的污染，甚至部分可溶于水的污染物在饮用水中被检测出来，这说明化学污染对人类生命健康构成严重威胁。

江苏金陵机械制造总厂江苏南京 210000摘要：本文采用电子束蒸发法对退火温度对TiO2薄膜结构、光学性质于光催化性能产生的影响进行分析。

根据研究结果可知，当退火温度逐渐提升时，晶粒尺寸逐渐增加、带隙能降低。

与常规状态下的TiO2相比，受压力作用的薄膜光催化降解效率更高，且温度越低降解率越高，这说明应力对薄膜光催化降解具有较大帮助。

关键词：电子束蒸发法；云母薄膜；光催化性能引言：以往人们采用的部分化学品中含有诸多污染物，在环境中大量积累后造成严重的污染，甚至部分可溶于水的污染物在饮用水中被检测出来，这说明化学污染对人类生命健康构成严重威胁。

此类化合物经过混合后形成新的污染物，且无法降解，传统处理方式难以将其彻底消除。

在此背景下，TiO2半导体催化剂诞生，具有无毒无害、成本低廉、稳定性强等特点，可经营到废水处理中，使水环境得到有效保护。

1实验研究1.1TiO2/云母薄膜的制备本实验采用电子束蒸发法，在云母基板中沉积TiO2薄膜，先用云母片对0.1mol/L的氢氧化钠与同等重量的氯化氢溶液进行洗涤后，再将云母片放入溶液内，用双蒸馏水对其进行冲洗，最后利用丙酮溶液进行彻底清洗。

将硅基板干燥处理后设置在基板架上，将机架放入电子束蒸发器的处理中心，并抽成真空状态。

在预处理和蒸发室压力值相近时，室内的阀门开启，架子也深入电子束蒸发室。

在衬底压力为2×10-5Pa时进行加热，当温度提升到300℃时对电子枪灯丝预热。

在预热结束后，放入坩埚内进行轰炸TiO2靶材。

将蒸发时间提升到1h，在蒸发期间压力与功率较为稳定，在持续一段时间后，便可得出云母薄膜厚度的估算值。

二氧化钛纳米晶的缺陷性质和光电性能

二氧化钛纳米晶的缺陷性质和光电性能王立群【摘要】为研究二氧化钛纳米晶的缺陷性质对其光电性能的影响,采用溶胶-凝胶法制备了二氧化钛纳米晶,利用X线衍射和正电子湮没寿命谱对样品的晶相、平均粒径和缺陷性质等进行表征,并以所得二氧化钛纳米晶为基础制备二氧化钛纳米晶薄膜,进一步分析其光电性能.结果表明:在450℃的热处理温度下,可以合成锐钛矿相占主要成分的二氧化钛纳米晶.随着热处理时间从30 min延长至90 min,二氧化钛纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm.随着平均粒径的增大,二氧化钛纳米晶表面缺陷的尺寸变小且浓度降低,同时晶界间的自由体积发生复合.在表面缺陷和平均粒径的双重影响下,二氧化钛纳米晶薄膜的瞬态光电流密度随平均粒径的增大表现出先增大后减小的变化趋势,其中,基于26.5 nm粒径二氧化钛纳米晶制备所得薄膜的瞬态光电流密度最大,其值为0.072 mA/cm2.【期刊名称】《天津师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(038)004【总页数】6页(P17-22)【关键词】二氧化钛;纳米晶;正电子湮没;缺陷性质;光电性能【作者】王立群【作者单位】天津师范大学物理与材料科学学院,天津300387【正文语种】中文【中图分类】Q469以二氧化钛（Titanium dioxide，TiO2）为代表的Ⅱ-Ⅵ族半导体材料由于具有理想的能带结构、较高的电子迁移率、较好的环境稳定性等特点，在光伏电池[1]、光催化降解[2]、光解水制氢[3]和气敏传感器[4]等方面具有较大的研究价值和应用前景，已成为半导体材料领域的研究热点之一.在上述领域中，目前应用最为广泛的是TiO2微米晶.但TiO2微米晶自身晶粒较大，导致其比表面积较低，化学活性较差.为了进一步提高TiO2的性能，研究人员将TiO2晶粒进一步细化，使其达到纳米量级.纳米晶独特的微观结构优势可以使TiO2的性能得到大幅提高，这一点在染料敏化太阳电池中得到充分验证[5].目前，TiO2纳米晶的研究工作还集中在制备、掺杂、形貌调控和性能开发等方面，对于缺陷结构的研究还鲜见报道，而微观缺陷对半导体材料的电导、磁性以及光电等诸多宏观性能具有重要的影响.因此，研究TiO2纳米晶的缺陷性质，进而通过调控缺陷提高TiO2纳米晶的性能具有重要意义.在表征材料缺陷的诸多手段中，正电子湮没技术具有操作简单、灵敏度高等特点，已被广泛应用于各种材料的缺陷研究中[6].为了解决现有研究中存在的问题，进一步探索TiO2纳米晶的缺陷性质及其对其光电性能的影响，本研究制备了3种不同粒径的TiO2纳米晶，通过对其晶相、平均粒径、缺陷性质以及光电性能进行研究，以期为解决TiO2纳米晶缺陷性质对光电性能的影响机理问题提供参考.1 实验1.1 实验试剂和材料本研究涉及的实验试剂和材料包括：纯度为98.0%的钛酸丁酯Ti（OC4H9）4，纯度为99.7%的无水乙醇C2H5OH，纯度为65.0%的硝酸HNO3，纯度为95.5%的聚乙二醇PEG20000，纯度为98.0%的氯化钾KCl，以上试剂均购自天津市江天化工技术有限公司；方阻为15 Ω/□、厚度为3 mm的F掺杂SnO2导电玻璃（FTO玻璃），厚度为50 μm的Scotch隐形胶带，以上材料均购自大连七色光太阳能科技有限公司.1.2 样品制备1.2.1 合成TiO2纳米晶第1步，将8.5g钛酸丁酯、30mL无水乙醇和5mL去离子水同时放入50 mL的烧杯中，在磁力搅拌10 min后得到TiO2前驱体溶液；第2步，用pH=2的硝酸将TiO2前驱体溶液的pH值调至5；第3步，将TiO2前驱体溶液置于50℃的水浴锅中保温1 h，在此过程中始终保持磁力搅拌，得到TiO2溶胶；第4步，将水浴锅的温度升高到80℃，并将上述TiO2溶胶在此水浴锅中继续保温4 h，得到TiO2凝胶；第5步，将TiO2凝胶捣碎并研磨成粉状后，放入90℃的真空烘箱中干燥12 h，得到TiO2干凝胶粉末；第6步，将TiO2干凝胶粉末在空气中于450℃下分别热处理30、60和90 min后得到3种粉末状TiO2样品.1.2.2 制备TiO2纳米晶薄膜第1步，将1 gTiO2纳米晶粉末、0.5 g PEG 20000加入20 mL硝酸溶液中，用玛瑙研钵研磨1 h后制得浆料；第2步，以Scotch隐形胶带为模板，采用刮膜法将浆料涂覆在FTO玻璃上，室温下干燥24 h后在空气中于400℃下烧结0.5 h，最终得到TiO2纳米晶薄膜，面积为1.0 cm2.1.3 结构表征和性能测试X线粉末衍射（XRD）表征：采用日本理学公司的Rigaku D/max 2500v/pc型衍射仪.测试时，以Cu Kα射线为光源，2θ扫描范围为3°～80°，步长为0.02°，管电压为40 kV，管电流为100 mA.正电子湮没寿命谱（PALS）表征：采用美国ORTEC公司生产的快-快符合正电子寿命湮没谱仪.测试样品以“三明治”夹心方式放置，即两边放置TiO2纳米晶粉末压片（压片时不添加任何粘接剂），中间放置22Na正电子放射源.用“Positroneifextend”程序对正电子寿命谱进行三寿命自由拟合，拟合方差小于1.05.扫描电子显微镜（SEM）观察：采用日本日立公司S-4800型场发射扫描电子显微镜观察TiO2纳米晶薄膜断面的微观形貌，加速电压为5～20 kV.瞬态光电流测试：以所制TiO2纳米晶薄膜为光阳极、Pt片为对电极、Ag/AgCl电极为参比电极，采用三电极系统测试样品对光激励的反应（J-t曲线）.实验中，电解液为浓度为0.1 mol/L的KCl水溶液，光源采用150 W氙灯（能量密度为50 mW/cm2），数据采集利用美国Keithely公司的2400型数字源表.2 结果与讨论2.1 TiO2纳米晶的晶相图1为450℃下，不同热处理时间所得TiO2晶体的XRD谱.图1 不同热处理时间所得TiO2纳米晶的X射线衍射谱Fig.1 XRD patterns of TiO2nanocrystals with different heat treatment time由图1可以看出，热处理30 min所得TiO2晶体的衍射峰分别出现在2θ=25.4°、37.7°、47.9°、54.4°和62.7°处.比对JCPDS标准数据可知，其中2θ=25.4°、37.7°、47.9°和62.7°处的衍射峰分别对应锐钛矿相（Anatase）TiO2晶体的（101）、（103）、（200）和（204）晶面.而2θ=54.4°处衍射峰的半峰宽较大，可能由锐钛矿相TiO2（105）晶面的衍射峰（2θ=53.9°）和金红石相（Rutile）TiO2（211）晶面的衍射峰（2θ=54.9°）叠加而成[7].当热处理时间延长至60 min时，谱线中2θ=54.4°处的衍射峰开始发生分裂，形成2θ=53.9°和54.9°共2个衍射峰，其中2θ=54.9°处的衍射峰对应金红石相TiO2（211）晶面.当热处理时间进一步延长至90 min时，金红石相所对应的衍射峰进一步加强，说明随着热处理时间的延长，TiO2晶体开始由锐钛矿相向金红石相转变.2.2 TiO2纳米晶的平均粒径以2θ=25.4°处的衍射峰为标准，根据谢乐公式d=kλ/（βcos θ）计算得到不同热处理时间TiO2晶体的平均粒径，结果如图2所示.图2 TiO2纳米晶的平均粒径随热处理时间的变化Fig.2 Variation of mean grain sizes of TiO2nanocrystals with heat treatment time increasing由图2可以看出，450℃下热处理30、60和90 min后，TiO2晶体的平均粒径分别为12.8、26.5和47.9 nm.由计算结果可以看出，3种TiO2晶粒的平均粒径均小于100 nm，属于纳米晶范畴.此外，随着热处理时间从30 min延长至90 min，TiO2纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大至47.9 nm，说明在奥斯特瓦尔德熟化作用下，TiO2纳米晶有明显长大的趋势，这与后面正电子湮没实验结果相吻合.2.3 TiO2纳米晶的缺陷性质正电子湮没寿命谱可以精确反映出材料内部的缺陷环境[8-11].因此，为了研究TiO2纳米晶的缺陷性质，3种TiO2纳米晶的正电子湮没寿命谱参量如表1所示.与块体材料有所不同，纳米晶的粒径小于正电子在材料中的热化深度（一般约为100～200 nm），即进入到材料中的正电子优先在纳米晶的表面和晶界间的自由体积处发生湮没[12].因此，表1中的短寿命τ1主要反映TiO2纳米晶的表面缺陷尺寸，即τ1越大其表面缺陷的尺寸越大；长寿命τ2主要反映TiO2纳米晶晶界间自由体积的尺寸，即τ2越大其自由体积的尺寸越大；I1和I2分别为τ1和τ2的相对强度，反映了2种不同缺陷的浓度；而τ3寿命较长且相对强度较小，属于正电子偶素所致，对于缺陷研究没有实际意义[13].表1 TiO2纳米晶的正电子湮没寿命谱参量Tab.1 Positron annihilation lifetime parameters of TiO2t/min τ1/ps I1/% τ2/ps I2/% τ3/ps I3/%30 135.7±3.4 63.2±1.9 335.8±8.8 31.7±1.8 0 902±11.7 5.1±0.9 60 111.6±3.9 53.6±1.6 400.5±9.1 40.7±2.1 1 022±10.6 5.7±0.8 90 088.2±3.5 48.1±1.7 435.1±9.2 47.2±2.7 1 027±17.6 4.7±0.9图3是正电子湮没寿命谱中短寿命τ1及其相对强度I1随TiO2纳米晶平均粒径的变化曲线.图3 τ1和I1随TiO2纳米晶平均粒径的变化Fig.3 Variations of τ1and I1with TiO2nanocrystals mean grain size increasing由图3（a）可知，在平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm 的过程中，τ1从（135.7±3.4）ps减小至（88.2±3.5）ps，即TiO2纳米晶表面缺陷的尺寸不断变小.这种变化规律的出现是由于随着热处理时间的延长，在奥斯特瓦尔德熟化作用下TiO2纳米晶不断长大，晶化程度不断提高.在此过程中，TiO2纳米晶表面原有的大尺寸缺陷不断被迁移原子填充，导致缺陷尺寸不断变小.由图3（b）可知，在平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm的过程中，I1从63.2%±1.9%降至48.1%±1.7%，降低约23.9%.I1的降低反映出TiO2纳米晶表面缺陷浓度不断降低，说明上述填充作用不仅减小了TiO2纳米晶表面缺陷的尺寸，同时降低了缺陷的数量.图4是正电子湮没寿命谱中长寿命τ2及其相对强度I2随TiO2纳米晶平均粒径的变化曲线.图4 τ2和I2随TiO2纳米晶平均粒径的变化Fig.4 Variations of τ2and I2with TiO2nanocrystals mean grain size increasing由图4可知，当平均粒径从12.8nm增大到47.9nm时，τ2从（335.8±8.8）ps增大到435.1±9.2 ps，同时，I2从31.7%±1.8%增大到47.2%±2.7%.这一方面说明随着平均粒径的增大，TiO2纳米晶晶界间的自由体积不断发生复合，导致其尺寸不断增大；另一方面，在自由体积发生复合的同时，其浓度也在不断增大.一般情况下，自由体积的复合必然导致浓度的降低，即I2随平均粒径的增大而减小，但本实验却得出了相反的变化规律.这种特殊现象的发生可能与正电子的亲和势有关，即平均粒径的增加改变了正电子的亲和势，导致正电子在自由体积处发生湮没的几率增大，使I2表现出如图4（b）所示的变化规律.2.4 TiO2纳米晶薄膜的微观形貌图5是以平均粒径为26.5 nm的TiO2纳米晶为基础所得薄膜的断面SEM图.图5 TiO2纳米晶薄膜断面的SEM照片Fig.5 SEM micrograph ofTiO2nanocrystals films cross section由图5可以看出，所得TiO2纳米晶膜的厚度约为10 μm，内部呈现多孔状结构.纳米晶多孔膜内部较为均匀，没有观察到明显的TiO2纳米晶团聚和大尺寸孔洞.此外，以平均粒径为12.8 nm和47.9 nm的TiO2纳米晶为基础所得薄膜也表现出如图5所示的多孔、匀质结构.这一结构为进一步表征TiO2纳米晶的光电性能奠定了基础.2.5 TiO2纳米晶薄膜的光电性能根据文献[14]的报道，在诸多表征光电性能的物理量中，瞬态光电流可以直接反映出半导体材料中光生电子的传输/复合情况，即瞬态光电流密度越大说明光生电子的复合几率越小.因此，为了研究TiO2纳米晶薄膜中的电子输运特性，并进一步结合PALS结果分析缺陷性质对TiO2纳米晶光电性能的影响，在三电极系统中对TiO2纳米晶薄膜的光电性能进行测试，得到瞬态光电流密度-时间（J-t）曲线如图6所示.图6 TiO2纳米晶薄膜的J-t曲线Fig.6 J-t curves of TiO2nanocrystals films图6中，T30、T60和T90分别表示基于平均粒径为12.8、26.5和47.9 nm的TiO2纳米晶所得薄膜.由图6可以看出，各TiO2纳米晶薄膜的瞬态光电流对外界光激励的“on/off”循环均表现出可重复的响应.更为重要的是TiO2纳米晶薄膜的瞬态光电流密度随平均粒径的增大表现出先增大后减小的变化趋势.当TiO2纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到26.5 nm时，薄膜的光电流密度从0.013 mA/cm2增大到0.072 mA/cm2；当TiO2纳米晶的平均粒径进一步增加到47.9 nm时，薄膜的光电流密度降低为0.061 mA/cm.2.6 缺陷性质对TiO2纳米晶光电性能的影响分析TiO2纳米晶薄膜的光电性能受表面缺陷和平均粒径的双重影响.一方面，当光生电子在光阳极中传输时，容易在TiO2纳米晶的表面缺陷处发生复合，从而降低了瞬态光电流的有效输出.因此，TiO2纳米晶缺陷的尺寸和浓度越小，瞬态光电流密度越大.另一方面，TiO2纳米晶的平均粒径过大造成薄膜中TiO2纳米晶间的接触点位减少.这种接触点位的减少无形中延长了光生电子在薄膜中的传输路径，从而增加了光生电子的复合几率，使瞬态光电流密度降低[15].结合本研究，首先，当热处理时间从30 min延长至60 min时，TiO2纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到26.5 nm.根据PALS讨论可知，TiO2纳米晶表面缺陷的尺寸和浓度随着平均粒径的增加而减小.当光生电子在薄膜中传输时，其被TiO2纳米晶表面缺陷捕获并复合的几率降低.虽然在此阶段中TiO2纳米晶平均粒径也增大，对薄膜的光电性能起到了一定的阻碍作用，但这种阻碍作用与由于TiO2纳米晶的表面缺陷降低对光电性能起到的提高作用相比处于弱势.因此，瞬态光电流密度从0.013 mA/cm2增大到0.072 mA/cm2.其次，当热处理时间从60 min延长至90min时，TiO2纳米晶的平均粒径进一步从26.5nm增大到47.9 nm.根据PALS讨论可知，随着TiO2纳米晶表面缺陷尺寸和浓度的进一步降低，光生电子的复合几率也随之降低，但平均粒径的增大同时伴随着薄膜中TiO2纳米晶间接触点位的急剧减少，最终表现为薄膜光电流密度降低为0.061 mA/cm2.3 结论本研究以溶胶-凝胶法为基本技术路线，在450℃的热处理温度下通过改变热处理时间制备了3种不同粒径的TiO2纳米晶，借助XRD和PALS等手段对TiO2纳米晶的晶相、平均粒径和缺陷性质进行表征，并以所得TiO2纳米晶为基础制备了二氧化钛纳米晶薄膜，对其光电性能进行分析，得到以下结论：（1）在450℃的热处理温度下，可以合成TiO2纳米晶，且晶相以锐钛矿相为主. （2）随着热处理时间从30 min延长至90 min，TiO2纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm，同时在XRD谱中有少量金红石相衍射峰出现.（3）随着TiO2纳米晶的平均粒径从12.8 nm增大到47.9 nm，其表面缺陷的尺寸和浓度减小，晶界间的自由体积发生复合.（4）在表面缺陷和平均粒径的双重影响下，TiO2纳米晶薄膜的瞬态光电流密度随着平均粒径的增大表现出先增大后减小的变化趋势.【相关文献】[1]SHIN E，JIN S，HONG J.Transparent TiO2nanowire networks via wet corrosion of Tithin films for dye-sensitized solar cells[J].Applied Surface Science，2017，416：353-357. 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纳米二氧化钛的制备研究进展

纳米二氧化钛的制备研究进展-机械制造论文纳米二氧化钛的制备研究进展雷育红（西安航空职业技术学院，陕西西安710089）【摘要】本文综述了纳米TiO2的多种制备方法和生产原理，比较和评述了不同方法的优缺点，并对其研究发展前景进行了阐述。

关键词纳米TiO2；制备方法；应用；发展前景纳米材料以其重要的应用价值和广阔的发展前景引起众多科学家们的广泛关注。

纳米粒子是处于微观粒子和宏观粒子之间的介观系统。

由于纳米TiO2具有很多独特的性能，所以有关其制备、应用等方面的研究日益受到人们的重视。

纳米TiO2的制备手段可分为物理和化学两大类。

本文就采用化学方法制备纳米TiO2的方法及其研究进展进行总结，并对不同方法的优缺点进行比较和评述。

1气相法1.1气相合成法气相合成法是一种传统方法。

在20世纪80年代中后期，气相氢氧焰水解法（Aerosil法[1]）成为全世界主要生产纳米材料的方法。

其生产原理如下：Ti+2Cl2=TiCl4TiCl4+2H2+O2=TiO2+4HCl↑与其它方法相比，Aerosil法有以下优点：原料TiCl4获得容易，可挥发，易水解，易提纯，产品无需粉碎，物质的浓度小，生成粒子的凝聚少，气相产物TiO2的表面整洁﹑纯度高，易控制粒径,颗粒分布集中，可得到不同比表面或不同晶型的系列产品。

1.2气相沉积法化学气相沉积法是非常重要的表面改性方法。

魏培海[2]以120℃Ti(OC4H9)4为源物质，将一定流量的氮气通入其中进行鼓泡，并作为载气将Ti(OC4H9)4带入TiO2反应器，同时将一定量的氮气通入反应器，应用金属气相沉积的方法沉积TiO2薄膜。

当基底物质维持在400℃时，在基底表面发生下列反应Ti(OC4H9)4（g）+24O2=TiO2+16CO2（g）+18H2O(g)曹亚安等[3]报道了应用等离子体化学气相沉积的方法制备TiO2纳米离子薄膜，采用O2和TiCl4为反应前体，在ITO表面沉积了TiO2纳米粒子膜。

TiO2薄膜的结构及性能研究

钛氧膜的结构及性能研究1 前言TiO2有独特的光学、电学及化学性质,已广泛用于电子、光学和医学等方面。

对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。

在TiO2性能方面的研究,尤以对其生物相容性和光催化性能的研究最为丰富。

目前，对钛氧膜的表面改性方法主要包括离子表面注入法，碱处理以及酸活化处理等方法。

作为半导体光催化剂,纳米TiO2薄膜可以利用部分太阳光能,使反应在常温常压下进行,并且反应速度快,对污染物治理彻底,没有二次污染,十分符合环境治理中高效率低消耗的要求。

加之TiO2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点,因此被公认为是环境治理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。

TiO2作为光催化剂最初采用的是悬浮相,但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。

制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办法,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。