铜掺杂TiO2纳米管阵列薄膜的制备及表征

本文提出了一种磁控溅射和阳极氧化相结合制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)阵列的方法。掺杂后的样品通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对其结构和光电性能做了研究与分析。研究结果表明：Cu以离子形态均匀地掺杂进入TiO₂纳米管中,且为取代掺杂;Cu掺杂对TiO₂纳米管(TNT)的生长具有抑制作用,对TNT的形貌有明显影响;Cu掺杂对TNT晶体生长取向也有明显影响,抑制锐钛矿(101)晶面的生长,使(101)晶面产生晶格畸变、晶面间距变宽并促进锐钛矿(004)晶面的择优生长。瞬态光电流响应分析表明Cu掺杂TNT有利于抑制光生电子-空穴对的复合速率,提高太阳能利用率。     

Au负载N掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其性能

TiO₂ 纳米管阵列较大的禁带宽度是导致其光催化效率较低的重要原因,采用磁控溅射、阳极氧化以及气氛退火相结合的方法对 TNAs 改性后制备了 Au 负载 N 掺杂 TiO₂ 纳米管阵列(Au@ N-TNAs),然后以甲基橙为目标污染物, 进一步分析了 Au@ N-TNAs 在不同 Au 负载量时光降解效率的变化情况。 采用 SEM、XRD、TEM 和 X 射线光电子能谱 (XPS)等对 Au 和 N 在 Au@ N-TNAs 中的存在形式进行表征和分析,发现 Au 主要是负载在 TiO₂ 纳米管阵列上,而 N 元素则是以掺杂的方式进入 TiO₂ 纳米管阵列的晶格中。 此外,在光降解试验中发现通过 Au 负载与 N 掺杂相结合的方法对 TiO₂ 纳米管阵列进行复合改性后,TiO₂ 纳米管阵列的光催化效率得到显著提升,其中 20s-Au@ N-TNAs 具有最佳的光降解效率。 但 Ti-N 薄膜中间的 Au 层太厚时会影响阳极氧化过程中 TiO₂ 纳米管阵列的生长,而且过量的 Au 在退火处理时很难及时地扩散均匀,进而使得改性后的 TiO₂ 纳米管阵列(40s-Au@ N-TNAs)的光催化效率明显降低。