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TiO_（2-x）N_x/NiO双层薄膜的制备及光电化学特性

作　者: 蒋磊
导　师: 黄辉
学　校: 浙江工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 氮掺杂TiO2 氧化镍 光电致色 光电化学性能 薄膜
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本论文以开发一种新型光电功能电极材料为目标,分别采用磁控溅射法、溶胶凝胶法先在导电玻璃（ITO）上制备N掺杂TiO2薄膜,然后通过一种简便的化学沉积法（CBD）在TiO2-xNx薄膜上沉积一层多孔结构的NiO薄膜,构建出TiO2-xNx/NiO双层薄膜,采用XRD、SEM、XPS、紫外可见吸收光谱和电化学测试等对薄膜的微观结构、光电致色和光电化学储能等特性进行了研究。以金属钛为靶材、O2/N2/Ar混合气为溅射气体,在ITO玻璃表面磁控溅射一层薄膜,再经300-500℃退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜。研究表明,400℃退火处理的氮掺杂TiO2薄膜具有最高的光电流响应,TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性,经氙灯照射1h后,薄膜从无色变成棕色,500nm波长处光透过率从79.0%下降至12.6%。光充电后,电极在100nA下放电时间为11h。利用溶胶凝胶法在ITO表面制备一层薄膜,再经300-500℃退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜。研究表明,所制备的ITO/TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性,500℃制备的氮掺杂TiO2薄膜具有较高的光电流响应,经氙灯照射1h后,薄膜从无色变成棕色,400nm波长处光透过率从83.5%下降至32.9%。光充电后,电极在100nA下放电时间为4.2h。此外,先在导电玻璃（ITO）表面磁控溅射一层TiN薄膜,再经300-500℃空气氛中退火处理制备了氮掺杂TiO2薄膜。在相同的光照下,其光电流为纯TiO2薄膜的4倍,由其构成的ITO/TiO2-xNx/NiO双层薄膜具有明显的光电致色特性。经氙灯照射3h后,薄膜从无色变成棕色,400nm波长处光透过率从71.4%下降至26.5%,在100nA下放电时间为18h。光充电后,电极在100nA下放电时间为18h。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章 绪论  11-32
  1.1 TiO_2 的晶体结构及其光催化机理  12-14
    1.1.1 TiO_2 的晶体结构  12-13
    1.1.2 TiO_2 光催化的基本理论  13-14
  1.2 TiO_2 光电催化效率的影响因素  14-16
    1.2.1 TiO_2 晶型结构和其光催化活性的影响  14-15
    1.2.2 粒度、比表面积的影响  15
    1.2.3 结晶状态的影响  15-16
  1.3 提高TiO_2 光电催化性能的途径  16-19
    1.3.1 贵金属沉积  16
    1.3.2 表面光敏化  16-17
    1.3.3 半导体复合  17-18
    1.3.4 离子掺杂修饰  18-19
  1.4 TiO_2 薄膜的制备方法  19-21
    1.4.1 磁控溅射法  19-20
    1.4.2 溶胶-凝胶法  20-21
  1.5 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的研究现状  21-23
    1.5.1 NiO 材料  21-22
    1.5.2 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的研究进展  22-23
  1.6 论文选题的目的和研究内容  23-24
  参考文献  24-32
第二章 实验方法及测试  32-40
  2.1 实验药品及仪器  32-33
    2.1.1 实验药品  32
    2.1.2 实验仪器  32-33
  2.2 材料的制备  33-34
    2.2.1 磁控溅射法制备氮掺杂二氧化钛薄膜  33
    2.2.2 氧化TiN 薄膜制备氮掺杂TiO_2 和纯TiO_2 薄膜  33
    2.2.3 溶胶凝胶法制备氮掺杂二氧化钛  33-34
    2.2.4 NiO 薄膜的制备  34
  2.3 材料表征  34-35
    2.3.1 XRD 测试  34
    2.3.2 表面形貌分析（SEM）  34
    2.3.3 紫外-可见分光光度计分析  34
    2.3.4 XPS 表征  34-35
  2.4 光电化学性能测试  35-38
    2.4.1 电流 电压曲线的测试  35-36
    2.4.2 循环伏安曲线测试  36
    2.4.3 光电压原理和测试  36-38
    2.4.4 光电流曲线的测试和原理  38
  参考文献  38-40
第三章 磁控溅射法制备氮掺杂TiO_2 及TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜电极的光电化学特性  40-57
  3.1 引言  40-41
  3.2 TiO_(2-x)N_x 薄膜的表征和电化学测试  41-48
    3.2.1 XRD 分析  41
    3.2.2 SEM 分析  41-42
    3.2.3 UV-vis 分析  42-43
    3.2.4 XPS 分析  43-45
    3.2.5 电化学测试  45-48
  3.3 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的表征与电化学测试  48-54
    3.3.1 NiO 薄膜的制备  48
    3.3.2 SEM 表征  48-49
    3.3.3 TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜的循环伏安性能  49-52
    3.3.4 TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜的光电致变色和能量储存性能  52-54
  3.4 本章小结  54-55
  参考文献  55-57
第四章 不同氧氮流量比溅射沉积TiO_(2-x)N_x 薄膜以及TiO_(2-x)N_x/NiO 复合电极光电化学特性  57-66
  4.1 引言  57
  4.2 TiO_(2-x)N_x 薄膜的表征和电化学测试  57-63
    4.2.1 XRD 分析  57-58
    4.2.2 SEM 分析  58-59
    4.2.3 UV-vis 分析  59-60
    4.2.4 XPS 分析  60-61
    4.2.5 电化学测试  61-63
  4.3 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的表征与电化学测试  63-64
    4.3.1 TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜的光电致变色性能  63
    4.3.2 TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜的能量储存性能  63-64
  4.4 本章小结  64
  参考文献  64-66
第五章 溶胶凝胶法制备氮掺杂TiO_2 以及TiO_(2-x)N_x/NiO 复合电极性能的光电化学特性  66-79
  5.1 引言  66
  5.2 TiO_2 的表征  66-71
    5.2.1 XRD 结果分析  66-68
    5.2.2 SEM 分析  68
    5.2.3 UV-vis 结果分析  68-69
    5.2.4 XPS 结果分析  69-71
  5.3 TiO_(2-x)N_x 薄膜的光电化学性能测试  71-74
    5.3.1 不同温度处理的TiO_(2-x)N_x 薄膜的线性扫描曲线  71-72
    5.3.2 光电流-时间测试  72-73
    5.3.3 光电压-时间曲线的测试  73-74
  5.4 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的光电化学性能测试  74-76
    5.4.1 TiO_(2-x)N_x/NiO 薄膜的循环伏安性能  74-75
    5.4.2 TiO_(2-x)N_x/NiO 电极的光致变色和能量储存性能  75-76
  5.5 本章小结  76-77
  参考文献  77-79
第六章 热氧化TiN 薄膜制备氮掺杂TiO_2 以及TiO_(2-x)N_x/NiO 复合电极的光电化学特性  79-89
  6.1 引言  79
  6.2 TiO_(2-x)N_x 薄膜的光电化学性能测试  79-81
    6.2.1 线性扫描曲线  79-81
    6.2.2 光电流-时间测试  81
  6.3 TiO_(2-x)N_x 和TiO_2 薄膜的电化学测试  81-82
    6.3.1 TiO_(2-x)N_x 和TiO_2 薄膜光电流-时间测试  81-82
    6.3.2 TiO_(2-x)N_x 和TiO_2 薄膜的线性扫描曲线  82
  6.4 TiO_(2-x)N_x 和TiO_2 薄膜表征  82-85
    6.4.1 TiO_(2-x)N_x 和TiO_2 薄膜XRD 表征  82-83
    6.4.2 TiO_(2-x)N_x 薄膜XPS 表征  83-85
  6.5 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的表征和光致变色、能量储存性能  85-87
    6.5.1 SEM 表征  85-86
    6.5.2 TiO_(2-x)N_x/NiO 复合薄膜的光致变色和能量储存性能  86-87
  6.6 本章小结  87
  参考文献  87-89
第七章 结论与展望  89-91
  7.1 结论  89-90
  7.2 展望  90-91
附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文  91-92
附录Ⅱ 致谢  92

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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