Fe3%2b、La3%2b掺杂对TiO2薄膜结构与光性能的影响.pdfVIP

杨 玲等：Fe“、La3+掺杂对Ti02薄膜结构和光性能的影响 Fe3+、La3+掺杂对Ti02薄膜结构和光性能的影响木 杨玲，王华，许积文，周秀娟 (桂林电子科技大学信息材料科学与工程系，广西桂林54l004) 摘要：采用溶胶．凝胶法制备了多孔Ti02薄膜，考察 了Fe“、La3+掺杂对Ti02薄膜的晶相组成、晶粒大小、采用盐酸和氨水的异丙醇溶液调节其pH值约为7，之 表面结构和紫外一可见光吸收性能的影响及其改性机 后室温下搅拌3h，得到均匀透明稳定的溶胶，溶胶在 理。结果表明：Fe3+掺杂抑制了Ti02的晶相转变，促进室温下陈化ld。以洁净的载波片为基底提拉镀膜，拉 了晶粒生长，扩大了光响应范围；La3+掺杂抑制了晶粒 增长和晶相转变，薄膜的Uv-Ⅵs发生蓝移。最后提出20min，冷却后重复提拉镀膜直到所需厚度，最后放入 了多相掺杂，多角度改性是提高薄膜光催化性能的一种 马弗炉中热处理，梯度升温(3℃／rnin)至所需温度， 方法． 保温2h，随炉冷却得到所需Ti02薄膜样品。 关键词： Ti02薄膜；Fe3+、La3+掺杂；结构；光学性能2．2实验表征仪器 中图分类号： TB34 文献标识码：A X射线衍射仪(BrIlker公司D8 文章编号： 100l一9731(2007)增刊．2425—03薄膜的物相组成，并通过测量数据计算晶格常数和晶粒 1 引 言 研究Ti02薄膜的微区表面形貌；用紫外一可见分光光度 Ti02以其优越的性能在光催化、太阳能电池等领域计(上海光谱分析仪器有限公司，756型)研究薄膜在 300～800nm区域内的光吸收特性。 引起了广泛的关注【l’2】。目前Ti02的光催化主要面临几 个问题：一是太阳光的利用率低。由于Ti02的禁带宽3结果与讨论 度为3．20eV，仅能在紫外线的照射下产生催化氧化作 3．1 用，对太阳光的利用率仅为3％～5％；二是Ti02的光 生电子．空穴对的寿命短，复合率高；三是光催化的机 理还有待进一步研究。离子掺杂是Tio：薄膜改性的一 理下的Ⅺm图谱。可以看出，Fc¨的掺杂浓度为0％、0．1％、 种重要手段，研究表明【3】，不同种类离子掺杂对Ti02O．25％的条件下，有金红石相产生。根据金红石相含量计 薄膜的改性机理各有不同。目前对离子掺杂研究较多主 要是过渡金属和稀有金属，普遍认为【4】过渡金属掺杂是 钛矿相和金红石相衍射特征峰的强度，相含量分别为 通过增加表面缺陷来提高二氧化钛薄膜的光催化性能。 而稀土元素具有丰富的能级和4f电子跃迁特性，易产 生多电子组态，有着特殊的光学性质，在Ti02改性和 构造新型光催化剂体系方面，越来越得到重视。本实验 矿相，衍射峰随着掺杂含量的增加逐渐宽化，rn02粒径由 从晶相转变、表面形貌、紫外．可见吸收等方面研究Fe3+、 La3+掺杂对Ti02薄膜的影响，对比二者对薄膜的改性机 理，从而进一步提出薄膜的综合改性手段。 小，La3+的掺杂阻碍了砸02的晶相转变。 不同离子掺杂对Ti02有不同的作用方式。理论上， 2实验 2．1 Ti02薄膜的制备 实验所用试剂均为AR级，A部分溶液为：钛酸四 正丁酯17IIll溶于100m1异丙醇中，室温下磁力搅拌 2mol／I。 20Inin；B部分溶液为：15m1异丙醇，加入0．44ml 的盐酸溶液，以及掺杂用的硝酸铁或硝酸镧溶液，为了 Ti“，产生氧空缺，而氧空缺的形成为相变过程中二氧 精确控制Fe3+及La3+的加入量，硝酸盐以溶液的形式加 入(预先配置一定浓度的硝酸盐溶液)，B溶液在剧烈 化钛晶格中离子的重排运动提供了空间，减小了应变 ·收到稿件日期：2007．04一03 通讯作者：杨玲 作者简