光催化课件：第六章纳米氧化钛薄膜制备.pptVIP

6.2.2 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜 溶胶的制备： 采用钛酸丁酯[Ti(OBu)4]为原料，将其溶于无水乙醇中（为所需体积的三分之二），加入乙酰丙酮（AcAc）为抑制剂，减缓钛酸丁酯的强烈水解。然后在强烈搅拌下，滴加入所需硝酸和去离子水，以及剩余三分之一的无水乙醇，得到稳定的TiO2溶胶。上述物质的量之比为 Ti(OBu)4：EtOH：H2O：HNO3：AcAc ＝ 1：18：2：0.2：0.5 HNO3的作用（1）抑制水解；（2）使胶体粒子带有正电荷，阻止胶粒凝聚。 本法制备的溶胶非常稳定，室温下可密闭稳定放置一年左右。 薄膜制备方法： 镀膜次数影响薄膜的厚度。镀膜厚度随镀膜次数的增加而线性增加。 当提拉速度为2nm/s 时，第一次镀膜厚102nm，第二次以后每次膜厚约90nm，缘于玻璃表面和刚形成的TiO2表面张力的不同。 制备的TiO2薄膜显示出颜色现象，随镀膜次数增加，薄膜显示不同颜色。薄膜颜色强烈决定于薄膜厚度，薄膜颜色变化是由光的干涉引起的。 6.2.3 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜的形貌和结构表征 （差热－失重曲线图） 凝胶失重的原因： （1）凝胶中吸附水、乙醇等物质脱附释放； （2）有机物和有机高聚物的炭化分解，碳元素未完全 转化为CO2 （3）薄膜中残余碳的进一步氧化分解和化学结合水的 挥发 450℃处理，得到锐钛矿相氧化钛 C元素：测量时污染或有机前驱体残留 Na元素：从玻璃基片扩散 741eV峰：O元素的俄歇电子峰 871eV峰：Ti元素的俄歇电子峰 Ti3s、Ti3p、O1s峰：标准TiO2特征峰 俄歇电子能谱 薄膜颗粒均匀、粒晶20～30nm，薄膜致密，孔洞较少。 电子衍射图表明薄膜呈明显的结晶态。为锐钛矿。 6.2.4 溶胶－凝胶法制备TiO2薄膜的光催化活性 以甲基橙为降解物。 试验方法： 用20W紫外石英杀菌灯照射TiO2薄膜，分解甲基橙染料溶液。 在50mL烧杯中放入薄膜样品和10mg/L的甲基橙溶液20mL，开启紫外灯光照，液面与灯管距离为6cm。光照一定时间后，用分光光度计测定甲基橙溶液在520nm处的吸光度，根据工作曲线求算反应物浓度。 镀膜1～5次，降解率逐渐提高，但7次后又下降。膜太厚，对紫外光的吸收下降。 6.3 化学气相沉积法制备纳米氧化钛薄膜 6.3.1 化学气相沉积法简介（Chemical Vapor Deposition，CVD） 定义：在一个加热的基片或物体表面上，通过一种或几种气态元素或化合物产生化学反应，而形成不挥发的固体膜层的过程。 根据化学反应不同，分为2类： （1）热分解反应沉积：利用化合物热分解。比较简单。 加热 SiH4 （气）＝＝Si（固） ＋ 2H2（气） （2）化学反应沉积：两种或两种以上气体物质在基片上表面发生反应而沉积固态膜。 SiCl4（气） ＋ 2H2（气） ＝＝ Si（固） ＋ 4HCl（气） 保证CVD顺利进行的3个基本条件： （1）在沉积温度下，反应物必须具有足够高的蒸汽压。若反应物在室温下全部为气态，则沉积装置简单；若反应物在室温挥发性很小，就需加热，使其挥发； （2）反应生成物，除了所需的沉积物为固态，其余都必须为气态； （3）沉积物本身蒸汽压应足够低，保证整个沉积反应过程中能使其固定在加热的基片上。 CVD的工艺装置主要由反应器、供气系统和加热系统组成，反应器是其最基本部分。 CVD可得到纯度很高、很致密，而且很容易形成结晶定向好的材料。 立式 钟罩式（C） 可冷却 水平式（b） 可冷却 钟罩式 水平式结构简单，但受气流流动方向的影响，沉积膜均匀性较差； 其余反应器结构复杂，但膜均匀。 常用反应器由石英管制成，器壁可为热态或冷态，目的为减少或阻止沉淀物在器壁沉积。 加热方式：电阻、热辐射或高频感应。 影响沉积膜质量因素： （1）沉积温度：温度高，沉积速度大，沉积物成膜致密。但要考虑沉积物结晶学结构和基片耐热性； （2）反应气体比例：由试验确定； （3）基片对沉积膜的影响：基片与沉积膜之间有强的亲和力，有相近的热膨胀系数，并在结构上有一定的相似性。 6.3.2 CVD法制备氧化钛薄膜 用异丙醇钛为钛源，和氧气在低压CVD装置内进行反应。温度选择287～362℃，沉积压力133.32Pa。用氩气作异丙醇钛的载气。氩气和载气的流量分别为80