[發明專利]一種制備氧化銅摻雜二氧化鈦梯度薄膜的方法

無效

• 申請號: 200810031400.3
• 申請日: 2008-05-27
• 公開（公告）號: CN101279761A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 楊華明;張向超;唐愛東
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C01G23/047
• 分類號: C01G23/047;C03C17/23;C04B41/50;C04B41/85
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明屬于半導體金屬氧化物薄膜的制備及應用領域，涉及摻雜二氧化鈦薄膜的制備，特別是一種氧化銅摻雜二氧化鈦梯度薄膜的制備方法。

背景技術

二氧化鈦(TiO₂)是一種新型的無機功能材料，其表現出優異的光催化活性、光電特性、熱導性能和化學穩定性等物理化學特性，廣泛應用于太陽能電池、催化劑、傳感器、化妝品、功能陶瓷、油漆涂層和生物醫學等領域。隨著人們對TiO₂認識的不斷深入，其應用也不斷得到拓展。但TiO₂在實際應用中也存在一些缺陷：(1)TiO₂光吸收僅局限于波長較短的紫外光區，對太陽光的吸收尚達不到照射到地面太陽光譜的5％，限制了對太陽能的利用；(2)光生載流子(h+，e-)很易重新復合，降低了光電轉換效率，從而影響了光催化的效率。如何提高TiO₂在可見光范圍的光譜響應、光催化量子效率、光電轉換效率及光催化反應速度是TiO₂半導體光電性能研究的中心問題，也是TiO₂實用化過程中必須解決的關鍵問題。

TiO₂性能的改善主要是提高其光生電子-空穴對的產額，同時抑制電子-空穴對的重新復合。為了提高TiO₂的光電性能，人們采用各種手段對TiO₂進行改性，包括半導體表面修飾、表面螯合或衍生、貴金屬沉積、表面敏化、金屬離子摻雜、非金屬摻雜和半導體材料復合等。

其中半導體復合是提高TiO₂光電性能的有效手段，其本質上是一種顆粒對另一種顆粒的修飾。復合方式包括簡單的組合、摻雜、多層結構和異相組合等。近年來關于TiO₂半導體復合體系的研究主要有TiO₂-金屬硫化物(TiO₂-CdS、TiO₂-PbS、TiO₂-CdSe等)和TiO₂-屬氧化物(TiO₂-CeO₂、TiO₂-Fe₂O₃、TiO₂-WO₃等)。二元復合半導體中兩種不同的能級差別可增強電荷分離、抑制電子與空穴的復合，擴展光致激發波長范圍，提高光子利用率，從而顯示出比單一半導體具有更好的穩定性，其光電性能的提高歸因于不同能級半導體之間光生載流子的運輸與分離。

另一方面，功能梯度材料一直是新材料研究的熱點之一，III-V族混合半導體合金系統的禁帶寬度是其組成的函數，而且，禁帶寬度梯度化的III-V族混合半導體構成的異質結的電運輸性能比突變異質結好。在氧化物半導體方面，Mishrna等人(Chem.Phys.，1992，163，401)所進行的理論和實驗研究顯示Ti_1-xPb_xO₂固溶體的禁帶寬度隨其組成x的不同而變化。Zhao等人(Thin?SolidFilms.1999，340，125)研究了半導體氧化物Ti_1-xV_xO₂固溶體薄膜的光電性能，雖然VO₂的禁帶寬度較小(為0.62eV)，但是，VO₂是亞穩態晶相，對制備工藝要求苛刻，不利于工業化大規模生產。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種制備氧化銅摻雜二氧化鈦梯度薄膜的方法，其目的在于拓寬TiO₂在可見光的光響應范圍，從而改善其作為電極的光電特性和化學穩定性。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案是：

一種制備氧化銅摻雜二氧化鈦梯度薄膜的方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)制備不同Cu/Ti摩爾比的溶膠