[發明專利]一種C、N含量可調的共摻雜納米TiO2薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910054289.4
• 申請日: 2009-07-02
• 公開（公告）號: CN101591769A
• 公開（公告）日: 2009-12-02
• 發明（設計）人: 崔曉莉;朱蕾;孫鈺鶥;謝建設
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司
• 代理人: 陸 飛;盛志范

技術領域

本發明屬于二氧化鈦光催化技術領域，具體涉及一種制備碳氮含量比例可調的共摻雜 納米二氧化鈦薄膜的方法。

背景技術

隨著能源危機以及環境污染、溫室效應和臭氧層破壞等問題日益突出，氫能因其清潔、 無污染等特點而成為一種理想的新能源。自從1972年Fujishima和Honda[1]發現了TiO₂半導體可在紫外光照下將水光解成H₂和O₂以來，半導體光催化研究因其在能源與環境 等方面的應用而得到重視，由于TiO₂無毒、活性高、便宜、耐光腐蝕、耐強酸、強堿和強 氧化劑等特點而成為應用前景最好的光催化劑。但TiO₂的禁帶寬度較大(3.2eV)，只有 波長小于387nm的紫外光才能激發TiO₂產生導帶電子和價帶空穴對而引發光催化反 應。為了提高太陽光的有效利用，對TiO₂進行摻雜修飾以擴展其光響應范圍從而提高其 光催化活性已成為目前TiO₂光催化領域最具挑戰性的研究課題之一。

R.Asahi等[2]報道了N摻雜的TiO₂具有可見光響應，并提出非金屬摻雜影響TiO₂能 帶原理。對TiO₂的進行非金屬(如C[3，1]、N[4，5]、S[6，7]、B[8]等)摻雜研究成為當前的 研究熱點，已有的研究結果表明，共摻雜由于摻雜原子的協同效應，可以進一步提高TiO₂的光催化活性。Y.X?Li等[9]用溶膠-凝膠法制備了B-N共摻雜的TiO₂，結果表明其可 見光活性要好于單摻N的TiO₂，L.Lin等[10]也用溶膠-凝膠法制備了P-N共摻雜的 TiO₂，研究發現共摻雜的光催化活性相比單摻雜的有進一步的提高。Cong?et?al[11]通過微 乳液-水熱過程合成了C-N共摻的TiO₂納米顆粒，D.M.Chen[12]用溶膠-凝膠法合成了 C-N共摻的TiO₂。我們也曾利用TiCN試劑制備了C-N共摻雜的TiO₂粉體并研究了其光 催化放氫特性[13]，即通過在空氣中熱處理氧化TiCN即可得到C，N共摻雜的TiO₂粉體， 但C，N的摻雜成分比例不可控制。

本發明通過碳鈦鑲嵌濺射靶，在Ar和N₂氣氛中采用反應磁控濺射鍍膜方法制備C、N 成分可調的TiCN薄膜，然后通過熱處理氧化TiCN薄膜得到的C-N共摻雜的TiO₂。實驗表 明，該薄膜具有良好的可見光分解水活性，對亞甲基藍也表現出良好的光催化降解活性， 為C/N成分可調的共摻雜的TiO₂薄膜的制備提供了新的思路。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有可見光活性的碳氮成分可控的共摻雜納米二氧化鈦 薄膜的制備方法。

本發明先采用反應磁控濺射鍍膜方法制備C、N成分可調的TiCN薄膜，然后采用通常 的熱氧化方法處理TiCN薄膜，制備得碳氮共摻雜納米二氧化鈦薄膜，主要設備有磁控濺射 鍍膜系統和馬弗爐。

通過反應磁控濺射鍍膜的方法在鈦片或導電玻璃上制備TiCN薄膜，采用碳鈦鑲嵌靶， 靶的橫截面中，碳、鈦面積比為0.06～0.21。先將工作室抽至10^-3Pa量級的真空，再依次通 入反應氣體氮氣和濺射氣體氬氣，調節氮、氬氣體體積比為1∶2～1∶4；然后調節高真空 閥，使工作室壓強保持在1.5～4Pa的濺射壓強，通過控制濺射電流(0.5～1A)和濺射時間 (0.5～3h)來控制TiCN薄膜的厚度。

實驗表明，由本發明方法制備的碳氮共摻雜二氧化鈦薄膜中，C和N的相對含量可 以通過靶中碳、鈦的面積比以及氮、氬體積比進行控制，該薄膜具有良好的可見光分解水 的活性，光催化測試結果表明，薄膜具有明顯的光催化降解亞甲基蘭的活性，可在光催化 降解有機污染物方面得到應用。