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釩摻雜二氧化鈦薄膜制備與材料特性分析
時間:2016-04-15 10:12        類別:行業知識

為一種重要的半導體光催化材料,二氧化鈦有著催化活性高、價格低廉、無毒和穩定性好等特點,在空氣凈化、自清潔和廢水處理等多個領域已取得較好應用。相對于粉體懸浮體系,二氧化鈦薄膜材料具有無需二次分離等特點,工業應用前景更為寬廣,近年來受到了廣泛重視。另一方面,由于二氧化鈦禁帶寬度較寬,對太陽光的吸收僅限于紫外區,因此太陽光利用率不足百分之三;而且光生載流子易于發生復合而降低量子產率,制約著光催化效率。為此,國內外學者對二氧化鈦摻雜改性技術進行了大量研究,主要集中于過渡金屬離子、稀土元素和非金屬元素等摻雜體系,被認為是擴展二氧化鈦光譜吸收、提高催化效率的有效手段。

最近幾年,國內外研究人員發現采用釩摻雜能夠顯著改善二氧化鈦的光吸收特性。然而,因實驗方法和制備手段不盡相同,釩摻雜對二氧化鈦材料特性的影響機制還存在較大爭議。隨著新的實驗現象不斷被發現,二氧化鈦摻雜改性技術的理論和應用研究有待進一步深入?,F由研究人員考察了釩摻雜對二氧化鈦薄膜晶體結構和光譜吸收特性影響,證實了釩在二氧化鈦中的物化狀態,從理論角度分析釩摻雜對二氧化鈦薄膜材料光譜吸收紅移特性的作用機制,并結合晶界勢壘模型討論了材料在光催化領域的應用前景。

采用溶膠-凝膠技術制備了釩摻雜二氧化鈦薄膜,釩摻雜并未引起晶型結構轉變,在一定程度上促進了銳鈦礦相晶面的擇優取向生長,并使二氧化鈦禁帶寬度變窄,吸收帶邊紅移至可見光范圍。研究發現,釩摻雜二氧化鈦薄膜中釩由前驅物中的三價轉變為四價和五價兩種價態,對銳鈦礦型二氧化鈦半導體而言屬于深能級摻雜,一定條件下可擴展為雜質能帶與二氧化鈦價帶頂相連,使其價帶頂向禁帶延伸而引起禁帶寬度變窄效應,從而拓寬了光譜響應。結合半導體晶界勢壘模型分析認為,釩摻雜引起的深雜質能級在晶界處易于俘獲光生空穴,從而降低光生載流子的復合,有利于拓展其在光催化領域的用途。