一种可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法，包括如下步骤：(a)用N离子源轰击TiO2薄膜；并且(b)使得所述薄膜中N元素的掺杂量提高到21％。本发明专利技术的可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜催化剂，有相对较高的N掺杂量，减小TiO2价带与导带间的禁带宽度；形成的晶相为anatase相TiO2，并且，可直接制备得到纳米晶结构的anatase相TiO2。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种改进的可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜制备方法，属于光催化材料领域。
技术介绍
TiO2是一种n型宽禁带半导体材料，具有独特的性能：氧化能力强、化学性能稳定、催化效率高、杀菌范围宽、无刺激性、安全无毒、无二次污染、价格低廉等优点。因此TiO2可以用于制作光催化材料、电解质材料、减反射涂层材料、氧传感器、湿度传感器等，实现有机物降解、自清洁以及太阳能转换等功能。 1972年，日本的Fujishlin等人研究发现TiO2单晶电极在紫外光照射下可以将H2O分解成H2和O2。自此，多相有机物光催化反应引起研究人员浓厚的兴趣，并对此进行了大量的研究，探索该反应过程的原理，并致力于提高TiO2光催化效率以及实现TiO2可见光催化活性。 半导体光催化主要包括两个过程： (1)光激发带间跃迁过程，价带电子从价带跃迁到导带，形成光生空穴－电子对； (2)光生电子和光生空穴与表面的吸附态离子相互作用。 Asahi采用N2/Ar混合气体中用磁控溅射方法合成N-TiO2薄膜，认为N原子取代了TiO2中的O原子，这些N原子的掺杂形成了N的2p态和O的2p态的混合态，使得TiO2的价带与导带间的带隙变窄，对可见光的响应增强。R.Asahi等人的工作使N掺杂被认为是提高TiO2在可见光波段光催化活性最有效的方法之一，并使N掺杂成为目前TiO2掺杂领域研究的热点。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种的可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜催化剂，有相对较高的N掺杂量，减小TiO2价带与导带间的禁带宽度；形成的晶相为anatase相TiO2，并且，可直接制备得到纳米晶结构的anatase相TiO2。 为了达成上述目的，本专利技术的提供了一种可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法，包括如下步骤：(a)用N离子源轰击TiO2薄膜；并且(b)使得所述薄膜中N元素的掺杂量提高到21％。 一些实施例中，使得所述N-TiO2薄膜中N掺杂的有效注入达到110nm。 一些实施例中，使得所述N-TiO2薄膜中N/Ti的平均原子达0.50。 一些实施例中，使得所述N-TiO2薄膜中O/Ti的平均原子可达0.62。 一些实施例中，还包括不经过退火过程，直接形成纳米晶结构的anatase相的所述N-TiO2薄膜。 本专利技术的效果是提高N的掺杂量可以改善N-TiO2薄膜的性能，可见光范围的透光率单调降低，当光通过样品时，一部分光透射过去，一部分光反射回去，还有一部分光被吸收，从透光率逐渐减弱，我们也可得出可见光范围的平均吸光度应单调增加。N-TiO2薄膜内N元素含量增加，使得N-TiO2薄膜的禁带宽度变窄，表面的岛状结构越加明显，光吸收效率就会提高,从而会增加表面光生载流子的浓度，提高了其催化活性；同时，随着粒径变小，表面粗糙度变大，比表面积增大，反应物在表面的吸附量增加，从而增大了反应速度；并且，在光催化反应中，TiO2表面要经历羟基化过程，粒径越小表面原子比例增大，表面羟基的数目也随之增加，因此，N-TiO2薄膜的光催化降解效率增强，并促进TiO2薄膜在可见光条件下实现光催化，同时，直接形成纳米晶结构的anatase相TiO2，可省去退火过程，简化工艺，节约资源。 以下结合附图，通过示例说明本专利技术主旨的描述，以清楚本专利技术的其他方面和优点。 附图说明结合附图，通过下文的详细说明，可更清楚地理解本专利技术的上述及其他特 征和优点，其中： 图1为根据本专利技术实施例的可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法的流程图； 图2为TiO2薄膜和本专利技术N-TiO2薄膜的AFM对比；及 图3为N-TiO2薄膜光催化降解甲基橙的降解率。 具体实施方式参见本专利技术具体实施例的附图，下文将更详细地描述本专利技术。然而，本专利技术可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本
的技术人员完全了解本专利技术的范围。 现参考附图详细说明根据本专利技术实施例的可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法。 如图1所示，步骤S101中，用N离子源轰击TiO2薄膜。本实施例中，可采用业界常规的N离子源，以及常规的轰击方法。 步骤S102中，使得所述薄膜中N元素的掺杂量提高到21％。此步骤中，使得所述N-TiO2薄膜中N掺杂的有效注入达到110nm。此外，使得所述N-TiO2薄膜中N/Ti的平均原子达0.50。使得所述N-TiO2薄膜中O/Ti的平均原子可达0.62。 较佳实施例中，还包括不经过退火过程，直接形成纳米晶结构的anatase相的所述N-TiO2薄膜。 现参考图2和3详细描述根据本专利技术可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法制备N掺杂TiO2薄膜的实例。 实施例1 利用高真空多功能复合镀膜机系统，采用直流脉冲磁控溅射方法在室温下通过改变O2流量，来制备具有不同晶体结构的N-TiO2薄膜，以研究O2流量不同时，N-TiO2薄膜沉积速率、化学成分、结晶状态及光催化性能的变化。衬底材 料选用普通载玻片，依次用丙酮、酒精、去离子水超声清洗，然后经N2吹干，标记台阶后，立即放入真空室，固定在载物台上。 溅射靶材为纯度是99.99％的金属Ti靶(200×90mm2)，靶材与衬底之间的平行距离为110mm。工作气体为高纯Ar(99.999％)，高纯O2(99.999％)和高纯N2(99.999％)，真空室本底真空为2.0×10-3Pa，工作压强为0.6Pa，Ar和O2流量分别固定为14cm3·min-1(sccm)和6sccm。样品沉积前，先关闭挡板，将靶材封闭，利用Ar等离子体溅射靶材表面5min(Ar流量为20sccm，溅射功率为300W)，以去除Ti靶表面附着的污染物，然后移开挡板开始沉积TiO2薄膜，之后再用N离子源轰击TiO2薄膜10min，来制备N-TiO2薄膜。 用上述工艺制备所得的N-TiO2薄膜性能如下： 1.当N离子源工作压强为0.5Pa时，N-TiO2薄膜的平均吸光度为24％。 2.N-TiO2薄膜中N的原子百分含量为16.23％。 3.N-TiO2薄膜的N/Ti的平均原子比为0.43，O/Ti的平均原子比为0.87。 4.N-TiO2薄膜RMS值为1.42。 5.N-TiO2薄膜为非晶结构。 6.N-TiO2薄膜光催化降解甲基橙的降解率为32.3％。 实施例2 具体实施方式与实施例1相同，N离子源工作压强为0.5Pa； 用上述工艺参数制备所得的N-TiO2薄膜性能如下： 1.当N离子源工作压强为0.7Pa时，N-TiO2薄膜的平均吸光度为31％。 2.N-TiO2薄膜中N的原子百分含量为18.09％。 3.N-TiO2薄膜的N/Ti的平均原子比为0.45，O/Ti的平均原子比为0.76。 4.N本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)用N离子源轰击TiO2薄膜；并且(b)使得所述N‑TiO2薄膜中N元素的掺杂量提高到21％。
【技术特征摘要】
1.一种可实现可见光催化的N掺杂TiO2薄膜的制备方法，其特征在于，
包括如下步骤：
(a)用N离子源轰击TiO2薄膜；并且
(b)使得所述N-TiO2薄膜中N元素的掺杂量提高到21％。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，使得所述N-TiO2薄
膜中N掺杂的有效注入达到110nm。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐根保，姚婷婷，杨勇，金克武，蒋继文，张宽翔，曹欣，
申请(专利权)人：中国建材国际工程集团有限公司，蚌埠玻璃工业设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。