纳米TiO2催化薄膜的制备

陈娟 杨梓歆（云南师范大学，云南昆明650500）

纳米TiO2催化薄膜的制备

陈娟 杨梓歆（云南师范大学，云南昆明650500）

由于TiO2催化薄膜能有效提高其光催化反应性能，故此文对比了单层、双层和三层纳米半导体TiO2薄膜的制备方法。

多孔纳米薄膜的制备，光催化双层薄膜的制备，复合薄膜的制备

研究发现同种半导体中间插入金属得到的复合薄膜，其光学性能和光催化性能得到较大提高。以下分别阐述了TiO2薄膜的制备方法。

1 多孔纳米TiO2单层薄膜的制备

王东至[1]等采用溶胶-凝胶法在普通玻璃基片上制备了多孔纳米TiO2薄膜。多孔结构增加了光催化剂的比表面积，提高了光吸收及利用率,从而改变了薄膜光催化活性。袁颂东等[2]采用溶胶-凝胶法制备含铁离子的二氧化钛多孔纳米薄膜，研究表明,铁离子可以形成电荷陷阱,促进空穴的界面传递反应,能有效分离离子，减少空穴-电子对的复合，提高了其电子利用率, Fe/TiO2复合纳米薄膜的光催化活性明显提高。

2 光催化双层薄膜的制备

王睿飞等[3]采用溶胶凝胶法镀膜，利用旋涂法将SiO2溶胶均匀涂抹在玻璃基片上，得到透射比最高的SiO2基体，再将TiO2溶胶涂抹在基体上，得到SiO2/TiO2光催化薄膜。与单层TiO2薄膜相比，SiO2/TiO2双层膜具有更高的光催化性能。

3 三层复合薄膜的制备

刘一鸣等[4]通过磁控溅射制备薄膜。使用TiO2靶射频磁控溅射，在玻璃片上制备单层TiO2薄膜，把溅射获得的薄膜在空气中经过500℃退火2h，得到锐钛矿单层TiO2薄膜。将锐钛矿的单层TiO2薄膜表面磁控溅射金属Cu薄膜，再经200℃退火2h得到Cu2O-TiO2双层复合薄膜。将Ag和Cu依次溅射沉积在锐钛矿的单层TiO2薄膜表面后，再经200℃退火制得Cu2O/Ag/ TiO2三层复合薄膜。在Cu2O/Ag/TiO2三层复合薄膜中，Cu2O和TiO2的厚度分别为90和100 nm，中间的Ag层厚度约为10 nm。研究表明，由于Ag金属中间层的存在，使得上层的Cu2O纳米颗粒尺寸减小，表面颗粒凹凸不平，从而增加了三层复合薄膜的表面积，提高了三层复合薄膜的可见光吸收强度，增加了表面积，促进了激发电子的转移及光生电子和空穴的分离，加快了光催化反应活性。Han D等[5]介绍了一种用磁控溅射法制备的TiO2薄膜制备的新型Cu-Cu2o/TiO2纳米复合薄膜的制备方法。在Cu-Cu2o/TiO2两层薄膜中，TiO2和Cuo/Cu2O层的厚度都是100nm。此外，还研究了TiO2薄膜和Cu2O-TiO2薄膜进行对照。Ye小组[6]报道室温条件下，在Ag3PO4晶体上生长AgX(Cl、Br、I)纳米壳层结构形成AgX/Ag3PO4复合光催化材料。赵娣等[7]利用了电化学方法制备Ag2S/Ag3PO4/Ni复合薄膜，组成薄膜的粒子呈大小均匀的球状颗粒，平均粒径在25 nm左右。结果表明，Ag2S/Ag3PO4/Ni是由均匀的球形纳米颗粒构成的薄膜，其光催化活性明显优于纯Ag3PO4/Ni薄膜和纯Ag2S/Ni薄膜。

4 结语

纳米半导体TiO2具有较高的光学活性，它由于廉价、无毒、易制得等优点，一直作为光催化反应的热点研究材料，但是由于其空穴与电子对容易复合，导致其量子利用率较低，其禁带宽度也影响了TiO2对太阳光的吸收，导致起光催化活性不高。通过研究者的不断努力，发现TiO2的活性会随着其颗粒大小而发生改变，研究发现，当粒径在1-100nm时，其催化活性最高，故研究者把TiO2制成薄膜，极大提高了TiO2的光催化活性，此外，通过与其他金属复合制备成双层、三层光催化薄膜，复合薄膜由于粒径较小和金属的存在，能有效的促进离子的分离，减少与空穴的复合，又进一步的提高了TiO2的光催化活性。

[1] 王冬至,刘福田,单立福,等.多孔纳米二氧化钛薄膜的制备及其光催化活性[J].陶瓷学报,2006,27(4):397-401.

[2] 袁颂东,袁静玲,张智.Fe～(3+)/TiO_2多孔纳米薄膜的制备与光催化活性的研究[J].影像科学与光化学,2003,21(6):426-431.

[3] 王睿飞,赵洪力,樊庆,等.采用Sol-gel法制备SiO_2/TiO_ 2光催化双层薄膜Preparation of Photocatalytic Double Films of SiO_2 and TiO_2 by Sol-gel Method[J].硅酸盐通报,v.35;No.233 (02):638-645.

[4] 刘一鸣,张王刚,梁伟,等.纳米Cu_2O/Ag/TiO_2三层复合薄膜的结构及性能[J].稀有金属材料与工程,2015,44(7): 1754-1757.

[5] Han D,Huang J,Long Q,et al.Optical and Photocatalytic Properties of Cu-Cu 2 O/TiO 2,Two-Layer Nanocomposite Films on Si Substrates[J].Rare Metal Materials and Engineering,2015,44 (8):1888-1893.

[6] Yi Z G,Ye J H,Kikugawa N,et al.Nat.Mater.,2010,9(7): 559-564

[7] 赵娣,张博,段召娟,等.Ag_2S/Ag_3PO_4/Ni复合薄膜的制备及其光催化性能[J].无机化学学报,2016,32(12):2158-2164.