Cu摻雜TiO2介孔薄膜制備與性能表征.pdf

1、作為一種半導(dǎo)體氧化物，二氧化鈦具有無毒、價廉、性質(zhì)穩(wěn)定、催化活性高等一系列優(yōu)點而在光催化降解污染物、光解水制氫、傳感器及染料敏化太陽能電池等方面都有廣泛的應(yīng)用前景。但由于其禁帶較寬，只對能量較高的紫外光有響應(yīng)而不能充分利用占55％可見光光譜的太陽光，這在很大程度上限制了它的實際應(yīng)用。因此，通過摻雜的能帶工程來降低TiO2的禁帶寬度并將其光響應(yīng)范圍拓展至可見光區(qū)是在科學與技術(shù)上均有意義的研究。
　　本論文以鈦酸四正丁酯為前驅(qū)體、無水

2、乙醇為溶劑、聚乙二醇2000為模板劑、二乙醇胺為抑制劑，采用溶膠凝膠結(jié)合垂直提拉法在普通載玻片上成功制備了不同摩爾比Cu摻雜（0、0.5、1、3和5%）的二氧化鈦介孔薄膜。通過熱重-差熱分析儀（TG-DTA）、傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀（FT-IR）、X射線衍射儀（XRD）、掃描電子顯微鏡鏡（SEM）、拉曼光譜儀（Raman）、光致發(fā)光光譜儀（PL）等對所制樣品的微觀形貌、物相成份、光致發(fā)光性能及光響應(yīng)性能進行了較為系統(tǒng)的表征。在此基礎(chǔ)上，著

3、重分析了Cu摻雜對氧空位點缺陷及光電子傳輸性能的影響。
　　試驗結(jié)果表明，樣品在450℃煅燒可完全去除有機物模板劑并且不破壞介孔結(jié)構(gòu)，摻Cu使得銳鈦礦相和金紅石相的相變溫度降低。相比較，Cu摻雜對膜表面形貌、顆粒尺寸的影響不大，薄膜表面平整，摻 Cu量為1%和3%時膜層致密且沒有收縮干裂現(xiàn)象發(fā)生。煅燒后產(chǎn)物為銳鈦礦相和少量金紅石相的混合物，顆粒尺寸在18nm左右。摻Cu后金紅石相含量增加，這是由于摻雜后產(chǎn)生了大量氧空位，為相變時晶

4、格離子重排提供了足夠空間從而促進了相變發(fā)生。這個結(jié)果與熱重分析中的 Cu摻雜導(dǎo)致銳鈦礦相和金紅石相的相變溫度降低相一致。
　　我們在XRD圖譜中沒有發(fā)現(xiàn)與Cu有關(guān)的物相，這表明Cu離子可能取代Ti4+或者進入TiO2晶格而形成固溶體。我們觀察到高摻雜量樣品（Cu含量＞1%）的拉曼峰中開始出現(xiàn)金紅石相且峰位出現(xiàn)小幅度紅移，這表明氧空位含量隨著摻雜量的增加反而有所降低。Cu摻雜未引起新的光致發(fā)光現(xiàn)象，但可見光區(qū)的激子發(fā)光強度急劇降低，