离子辅助沉积法制备纳米TiO2光催化薄膜

利用离子辅助沉积工艺在玻璃基板上制备了纳米TiO2薄膜,考察了离子源电压和电流的变化对TiO2薄膜晶体结构、光催化活性和光学等特性的影响.结果表明,离子辅助沉积法制备的TiO2薄膜具有好的锐钛矿型晶体结构和高的光催化活性,其晶粒尺寸随着离子源能量的增大而减小.在离子源电压和电流为600V和1200mA时所制备的TiO2薄膜具有最好的光催化活性,对亚甲基蓝水溶液的降解率达到了92.3%.

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材料导报2008年5月第22卷专辑X

离子辅助沉积法制备纳米Ti02光催化薄膜

王永杰，付勇，李智超，杨宏杰，王统领

(利达光电股份有限公司，南阳473000)

摘要

利用离子辅助沉积工艺在玻璃基板上制备了纳米Ti02薄膜，考察了离子源电压和电流的变化对TiOz

薄膜晶体结构、光催化活性和光学等特性的影响。结果表明，离子辅助沉积法制备的TiQ薄膜具有好的锐钛矿型晶

体结构和高的光催化活性，其晶粒尺寸随着离子源能量的增大而减小。在离子源电压和电流为600V和1200mA时所制备的Ti()2薄膜具有最好的光催化活性，对亚甲基蓝水溶液的降解率达到了92．3％。

关键词

离子辅助沉积(1AD)Ti02锐钛矿光催化

anoPreparationofNTi02sbyIonAssistedDPhotocatalyticThinFilmeposition

WANGYongj

ie，FUYANGHongjie，WANGTonglingong，LIZhichao，Y

(LidaOpticalandElectricalCompany，Nanyang473000)

Abstract

The

nano

Ti02thinfilms

are

prepared

on

ethod．Theglasssubstratebyionassisteddepositionm

are

scrystalstructure，photocatalyticactivitiesandopticalpropertiesofTi02film

rent

ithinvestigatedw

the

voltageand

cur-

ofion

source

i02thinchanging．TheresultsindicatethattheT

films

preparedbyionassisteddepositionhavegoodis

anatasestructuresource

andhi【ghphotocatalyticactivities．ThecrystalsizeofTi02thin

films

decreasedwiththeenergyion

source

are

henthevoltageandcurrentofionincreasing．TheTiOzthinfilmhasthebestphotocatalyticactivityw

1200m八Thedegradation

rate

600Vand

ofmethylenebluesolutionreaches92．3％．

ordsKeyw

IAD，Ti02，anatase，photocatalysis

0引言

自1972年日本的Fujishims和Hondacl]发现TiQ电极光

分解水以来，Ti02作为一种光催化剂已被广泛研究。由于其具有催化活性高、化学性能稳定、安全无毒以及成本低廉等优点而被认为是最具开发前途的环保型光催化材料。TiQ薄膜的制备方法很多[2]，如溶胶一凝胶法、物理气相沉积法和化学气相沉积法等。但其制备以溶胶一凝胶为代表的化学方法为主，而采用离子辅助沉积法制备Ti02光催化薄膜的研究相对较少。用离子辅助沉积(IAD)制备的膜层与基底间的附着力强，膜层致密、均匀，晶粒尺寸小，表面光洁平滑，能显著改善膜层的结晶性和取向性等[3]。本文重点论述了用离子源辅助沉积法制备纳米Ti02光催化薄膜的晶体结构、光催化活性和光学特性，以及它们与离子源电流和电压之间的关系。1

表1实验参数

Table1

The

parametersofexperiment

OS-50(Tis05)

300℃0．5nm／s

5．O×lO一4Pa2．O×10_3Pa

镀膜材料基板温度成膜速率本底真空度成膜真空度离子源通02成膜厚度

成膜前离子源预处理时间

50sccm600nm3min

1．2检测方法

Ti02薄膜的晶体结构由X射线衍射谱确定，X射线衍射仪／MAXRINT-2200型，所用参数为Cu射线源，工作为RigakuD

电压为40kV，电流为40mA。晶粒大小用Scherrer公式进行估算。用HitachiUv-4100型分光光度计在300～700nm波长范围内对Ti02薄膜的透射光谱和反射光谱进行测量，并根据式(1)计算出TiQ薄膜的吸收光谱。透射光谱和反射光谱经Macleod软件拟合后得出TiQ薄膜的折射率7l和消光吸收正。

丁+R+A=1

，

实验

Ti02薄膜样品的制备是在Shincron公司研制的离子源辅

1．1薄膜的制备

助电子束蒸发系统上完成的。该系统采用由1台机械泵和1台扩散泵组成的抽速系统，并安装有2支电子枪和1支直径为150mm的RF离子源。实验所用基板为普通青板玻璃，尺寸为120minx80mm×2mm，镀膜前玻璃在装有乙醇和丙酮溶液的

(1)

用功率20W、主波长254nm的普通紫外杀菌灯对36mL、浓度为5mg／L的亚甲基蓝水溶液照射3h(紫外灯管离Ti02薄膜样品表面的距离为8cm，亚甲基蓝水溶液装在直径为40mm、高度30mm的聚丙烯酯柱状容器内，测试容器与样品边沿用高真

超声波清洗机中进行清洗，然后烘干备用。制备TiQ薄膜的

参

如表1所示。

王永杰：1980年生，硕士，工程师Tel：0377—63865170，E-mail：wyj0300552@126．com

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