掺氮二氧化钛薄膜的介质阻挡放电化学气相沉积及其结构性能研究

采用介质阻挡放电化学气相沉积（DBD-CVD）法,以四异丙醇钛（TTIP）作为钛源,氨气（NH3）和笑气（N2O）分别作为氮源的气相反应先驱体,成功制备了不同掺杂量的掺氮二氧化钛（TiO2）薄膜。SEM、XRD、XPS和UV-Vis透射光谱研究表明：所制得的掺氮二氧化钛薄膜均为锐钛矿相,氮源的引入对TiO2薄膜晶粒成长、晶体取向、表面形貌影响很大,并促使光吸收限红移,提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率,并改善了薄膜表面的亲水性能。且NH3掺氮效果整体好于N2O。     

反应溅射法制备铝掺杂氧化锆薄膜及其热稳定性的研究

采用反应射频磁控溅射在Si（100）基片上制备了不同微结构的铝掺杂氧化锆薄膜．利用高分辨透射电子显微镜、X射线衍射仪和原子力显微镜研究了退火温度对铝掺杂氧化锆薄膜热学稳定性、界面稳定性和表面粗糙度的影响，探讨了铝掺杂氧化锆薄膜的，I-V特性与薄膜的微观状态之间的关系．研究结果显示：在铝掺杂氧化锆薄膜中掺入不同量的Al对薄膜的微结构有较大影响，随着薄膜中Al／Zr原子含量比的增大，薄膜微结构经历从α—ZrO2（未掺杂）到t-（Zr，Al）O2相和c-（Zr，Al）O2相（Al／Zr=1／4）再到a-（Zr，Al）O2（Al／Zr=4／5）的变化；与纯ZrO2薄膜相比，Al掺杂氧化锆（Al／Zr=4／5）薄膜的结晶化温度明显提高，薄膜热学稳定性得到改善．     

APCVD法制备掺氮二氧化钛薄膜及其性能研究

采用常压化学气相沉积(APCVD)法,以四氯化钛(TiCl4)、氧气(O2)氨气(NH3)作为先驱体,成功制备了掺氮二氧化钛(TiO2)薄膜.通过对其进行扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见透过光谱(UV-VIS)研究后发现,氮掺杂后在二氧化钛薄膜中引入Ti4O7相,抑制了锐钛矿相向金红石相的转变,光吸收限发生红移,相应从365.8nm红移到了402.6nm,提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率,并改善了薄膜表面的亲水性能.     

二氧化钛薄膜材料的制备及其性能研究

采用溶胶-凝胶法,以钛酸丁酯[Ti(OC4O9)]4为原料,乙醇为溶剂,冰醋酸为抑制剂,制备了二氧化钛薄膜,同时以硝酸镧和硝酸镍为掺杂物制备了单掺、共掺的二氧化钛薄膜,研究了其可见光吸收性能和光催化降解性能。实验表明,掺杂后的二氧化钛薄膜在可见光区仍有明显吸收,掺镧的二氧化钛薄膜对亚甲基蓝降解效果较好,光催化降解率达到76.54%。     

沉积温度对N掺杂Cu_2O薄膜生长及光学特性的影响

利用反应射频磁控溅射技术,首次利用氧化铜作为溅射靶,在氮气和氩气的混合气氛下,制备出N掺杂的Cu2O薄膜。通过改变沉积温度,研究了氮掺杂Cu2O薄膜的结构特征和生长模式以及光学特性。研究结果表明低温沉积时,薄膜表现为比较强的（100）织构;随着沉积温度增加到500℃,薄膜逐渐转变为（111）织构,沉积温度增加导致的临界成核自由能的增加是决定薄膜织构特征的重要因素;原子力显微镜分析发现不同沉积温度的薄膜表面形貌的空间标度指数α〉1,属于表面扩散支配的薄膜生长机制;薄膜表面形貌的空间标度指数和关联长度随沉积温度的变化与薄膜织构度之间存在明显的关联;不同温度沉积的氮掺杂Cu2O薄膜的禁带宽度为（2.52±0.03）eV。     

钯氮共掺杂TiO_2薄膜的光催化还原性能

采用磁控溅射法制备钯氮共掺杂二氧化钛薄膜,研究了Pd含量对薄膜的表面形貌、吸收光谱和可见光催化还原性能的影响。结果表明:Pd、N共掺杂TiO_2薄膜具有锐钛矿相和金红石相混合的结构,Pd的掺杂使TiO_2从锐钛矿相向金红石相转变。Pd元素主要以PdO的形式存在于薄膜表面。随着Pd含量的提高薄膜表面粗糙度增大,致密度减小。薄膜吸收光谱的吸收限,逐渐向可见光方向移动。Pd含量为0.4%(原子百分比)的薄膜,具有最优的可见光催化还原性能。     

ZnAl2O4:Mn光致发光纳米薄膜的制备

利用喷雾热解技术,在硅片衬底上生长了锰掺杂ZnAl2O4光致发光纳米薄膜。XRD分析测试结果表明,当AlCl3在Zn（OH）2中的含量高于20％,衬底温度高于100℃时,在衬底上形成ZnAl2O4-Zno纳米复合薄膜;该复合薄膜经0．1mol／L盐酸处理后,形成ZnAl2O4尖晶石矿纳米薄膜。同时研究了金属锰离子掺杂ZnAl2O4纳米薄膜的光致发光性能,荧光光谱实验结果表明这种利用喷雾热解技术生长的掺锰ZnAl2O4尖晶石纳米薄膜,在525nm附近有一发光带,为Mn^2＋的^4T1（^4G）-^6A1（^6S）跃迁。     

掺氮二氧化钛的制备方法研究进展

以氮掺杂为代表的非金属掺杂TiO2光催化剂被誉为"第二代光催化材料"。首先系统评述了氮掺杂二氧化钛的制备方法。N掺杂TiO2粉体的制备方法主要有高温焙烧法、水解沉淀法、有机前驱体热解法、溶胶-凝胶法以及机械化学法等;N掺杂TiO2薄膜的制备方法主要包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法以及金属有机化学气相沉积法等。综述了近年来国内外通过氮掺杂改进二氧化钛光催化剂的性能、提高可见光利用效率的最新研究进展,指出了在氮掺杂TiO2催化剂研究中有待解决的问题及今后可能的发展方向。     

CuAl2O4掺杂改性TiO2薄膜的制备与可见光催化性能研究

采用溶胶-凝胶方法在玻璃基片上制备了CuAl2O4掺杂改性的复合薄膜．研究了CuAl2O4的掺杂量、光照时间、薄膜厚度对TiO2复合薄膜光催化性能的影响，利用可见-紫外分光光度计测定酸性红B降解前后516nm处的吸光度，依此计算出薄膜对染料的降解率．借助于紫外可见光谱、X射线衍射、接触角测定仪等研究了薄膜的结构与性能．结果表明：随着CuAl2O4掺杂量的增加，TiO2复合薄膜对酸性红B水溶液的可见光降解脱色率增大．采用吸收光谱确定了CuAl2O4掺杂量为0％、0．5％、1％、1．5％％（摩尔分数）的TiO2复合薄膜的激发极限波长，分别是350、370、380、430nm，吸收边向可见区红移了20-80nm，可见光吸收范围明显扩大．     

镁掺杂对二氧化钛晶化行为的影响

采用溶胶-凝胶法在较低的热处理温度下制备了镁掺杂的TiO2。通过差热分析（DTA）并经过计算，发现在TiO2溶胶中加入Mg（NO3）2，可以让TiO2从无定型到锐钛矿相和锐钛矿相到金红石相的晶型转变活化能分别从137．7和163．7kJ／mol降低到70．5和108．4kJ／mol；采用X射线衍射分析（XRD），确定了在600℃热处理，获得了具有锐钛矿相和金红石相混晶的镁掺杂TiO2；通过紫外光催化降解甲基橙水溶液实验，证明了镁掺杂的TiO2薄膜的光催化活性高于未掺杂TiO2薄膜。     

DBD-CVD法制备掺氮二氧化钛薄膜及其结构性能

采用介质阻挡放电化学气相沉积(DBD-CVD)法制备TiO2透明自清洁功能薄膜,选用四异丙醇钛(TTIP)、NH3作为反应先驱体,另外再加入一定量的N2、Ar或者He作为稀释气体控制气体的流量和流速。通过对其进行X射线衍射、紫外-可见光谱、X光电子能谱、场发射扫描电镜、光催化性质、光亲水性质等测试表明,过DBD-CVD方法制备TiO2薄膜,只存在锐钛矿相,氮掺杂改变了薄膜中锐钛矿相晶粒生长的取向,从而影响薄膜的表面微观结构,促使光吸收限红移,提高了薄膜在可见光照射下的光催化效率,并改善了薄膜表面的亲水性能。     

TiO2与聚合物复合薄膜的离子自组装制备及表征

在常温下,以钛酸丁酯[(C4H9O)4Ti]和聚四苯乙烯磺酸钠(PSS)作为前驱物在普通载玻片上用离子自组装法制备了TiO2纳米粒子/PSS复合薄膜,复合薄膜的透过率随镀膜次数或薄膜厚度的增加而呈现周期性变化。透射电镜(TEM)测试结果表明,TiO2呈板钛矿晶体结构,薄膜连续而均匀,TiO2的平均粒径是3.6nm。光电子能谱仪(XPS)测试结果显示,薄膜中含有Ti、O、C元素,载玻片表面完全被TiO2纳米复合薄膜所覆盖。     

Chemical vapor deposition and characterization of nitrogen doped TiO2 thin films on glass substrates

Photocatalytically active, N-doped TiO₂ thin films were prepared by low pressure metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) using titanium tetra-iso-propoxide (TTIP) as a precursor and NH₃ as a reactive doping gas. We present the influence of the growth parameters (temperature, reactive gas phase composition) on the microstructural and physico-chemical characteristics of the films, as deduced from X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), secondary ion mass spectrometry (SIMS) and ultra-violet and visible (UV/Vis) spectroscopy analysis. The N-doping level was controlled by the partial pressure ratio R = [NH₃]/[TTIP] at the entrance of the reactor and by the substrate temperature. For R = 2200, the N-doped TiO₂ layers are transparent and exhibit significant visible light photocatalytic activity (PA) in a narrow growth temperature range (375-400 °C). The optimum N-doping level is approximately 0.8 at.%. However, the PA activity of these N-doped films, under UV light radiation, is lower than that of undoped TiO₂ films of comparable thickness.     

TiO2薄膜发展现状及APCVD制备掺氮TiO2性能研究

概述了TiO2的国内外发展现状,从原理、改性等方面详细介绍了TiO2的光催化特性,并对TiO2的制备方法进行了总结概括.用APCVD法所做的气体流量系列掺氮TiO2样品进行测试分析发现,氮已经掺入TiO2中,氮的掺杂改善了薄膜表面的亲水性能.     

氮掺杂对SnO2薄膜光电性能的影响

SnO2薄膜具有透明导电的特性,因而被制成透明电极而广泛应用于平板显示器和太阳能电池中。研究表明,经掺杂的薄膜具有更优异的光电性能,然而传统的掺杂元素Sb,Te或F较为昂贵且有毒性,因此,掺氮将有望解决上述问题。本文利用反应射频磁控溅射法制备出不同氧含量的SnO2以及氮掺杂SnO2薄膜,并分析了薄膜的形貌结构及光电性能。结果表明:薄膜沉积过程中氧分压和氮掺杂对薄膜性能影响较大。在SnO2薄膜中,晶粒呈包状形态,随着氧分压的增加,晶粒取向从(101)转向(110)方向,晶粒尺寸逐渐变小,可见光透光率提升到80%以上,光学带隙增加到4.05 eV;在氮掺杂SnO2薄膜中,晶粒呈四棱锥形态,晶粒取向为(101)方向,随着氧分压的增加,可见光的透过率同样提升到80%以上,光学带隙增加到3.99 eV。SnO2薄膜和氮掺杂SnO2薄膜的电阻率最低分别达到1.5×10-1和4.8×10-3Ω.cm。     

Chemical vapour deposition of nitrogen-doped titanium dioxide thin films

Nitrogen-doped titanium dioxide is often considered as a promising nanomaterial for photocatalytic applications. Here we report the first results of a study of APCVD of N-doped TiO2 thin films prepared with the use of ammonia as a source of nitrogen and titanium tetraisopropoxide (TTIP) as a source of Ti and O atoms. The obtained films were analyzed with X-ray diffraction, infrared spectroscopy, atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, UV-Vis spectroscopy, and ellipsometry. It was found that the film growth rate in the TTIP-NH3-Ar reaction system varied insignificantly with substrate temperature in the range of 450,..., 750 degrees C and did not exceed 4.4 nm/min. Yellow and orange layers with nitrogen content of about 7.6% were formed at the deposition temperature higher than 600 degrees C. The results of the structure analysis of the deposited films showed that addition of ammonia led to stabilization of the amorphous phase in the films. The effect of ammonia on optical and photocatalytic properties was also considered.     

(Pb_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3薄膜的表面化学态研究

用溶胶-凝胶法制备(Pb_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3(简称PST)前驱体溶液,以三水醋酸铅、醋酸锶、钛酸丁酯为原料,乙二醇甲醚、去离子水、乙酰丙酮做溶剂,通过旋涂工艺在Pt/Ti/SiO_2/Si(100)基片上沉积PST薄膜.薄膜经320～380℃热分解,再经650℃退火30min,得到晶化好的薄膜样品,X射线衍射结果表明PST薄膜为钙钛矿立方相结构,其晶格常数为a=0.3919nm.用原子力显微镜观测其表面形貌,薄膜平均晶粒尺寸为300nm.用XPS测量了650℃退火PST薄膜样品的表面化学态,结果表明表面富铅,接近表面区域的原子比率Pb∶Sr∶Ti∶O是0.52∶0.50∶1.0∶3.02,接近(Pb_(0.5)Sr_(0.5))TiO_3的理想配比.     

射频反应磁控溅射法制备N掺杂p型氧化亚铜薄膜

通过射频反应磁控溅射方法在玻璃衬底上制备N掺杂的Cu2O薄膜,采用X射线衍射、分光光度计、X射线光电子能谱和霍尔效应等检测,研究了氮气掺杂对Cu2O薄膜性能的影响。结果表明:随着N原子的掺入,薄膜的结晶质量下降,光学带隙从2.28 eV升至2.47 eV左右,同时薄膜的电学性能趋于稳定。当N2/O2流量比率为0.6时,薄膜电阻率为1.5Ω.cm,空穴浓度为2.16×1019cm-3,霍尔迁移率为0.5 cm2.V-1.s-1。     

Preparation and photocatalytic activity of N-doped TiO2 nanotube array films

The N-doped TiO₂ nanotube array films were fabricated directly by one-step electrochemical anodic oxidation of Ti foils in an HF electrolyte containing ammonium and nitrate ions. The as-prepared samples were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectrometer (EDX), and ultraviolet–visible (UV–vis) absorption spectroscopy, respectively. The photocatalytic activities were evaluated by the degradation of methyl orange (MO) under visible light irradiation. The results showed that N dopant was successfully introduced into the TiO₂ nanotube array films. The N-doped TiO₂ nanotube array films showed a red shift and an enhancement of the absorption in the visible light region compared to the undoped sample. The photocatalytic activities of the N-doped TiO₂ samples were much higher than those of the undoped sample. A maximum enhancement of photocatalytic activity was achieved for the N-doped TiO₂ sample prepared in 0.07 M HF electrolyte containing 1.0 M NH₄NO₃, and 81% of MO was degraded in 150 min under visible light irradiation.