不锈钢表面n-fe共掺杂tio2薄膜的制备及其光电性能研究

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1、声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件：②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校

2、可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。导师签名：虚磊蔓至日期：垫型二=厶二皇万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文不锈钢表面N．Fe共掺杂Ti02薄膜的制备及其光电性能研究摘要Ti02是一种光催化活性高、化学性质稳定、无毒、成本低廉的光催化半导体材料，在抗菌消毒、空气净化、污水处理、自清洁等方面展示出了广阔的应用前景。但Ti02是宽禁带半导体，只有在L<387nm的紫外光照射下才能表现出光催化活性，而紫外光仅占太阳光的4-6％。因此，窄化Ti02的禁带宽度，提高Ti02对太阳能的利用率成了近些年光催化技术的重点研究课题之一。研究发现

3、，在元素掺杂改性中，对Ti02进行金属与非金属元素的共掺杂是提高其光催化活性的一种有效方法，其中N—Fe共掺杂的Ti02的光催化效果尤为突出。本文首先采用直流脉冲电泳沉积法在304不锈钢基体上制备TiN薄膜，再对试样进行低温氧化处理，生成不锈钢负载型N—Fe共掺杂的Ti02薄膜，并对其形貌、相结构、成分及光电化学性能进行了研究。本文的主要内容如下：(1)以水为溶剂配制浓度为5g／L的TiN纳米颗粒悬浮液，选用304不锈钢基片作两电极，采用直流脉冲电泳沉积法在不锈钢基片表面制备nN薄膜，并对薄膜的形成规律及其形貌、结构进行了研究。结果显示，采用直流脉冲电压可以显著

4、抑制水解反应，有利于高质量TiN薄膜的形成。直流脉冲电压频率对薄膜的形貌及沉积速率有重要影响，在5"----30Hz频率范围，可以形成较为均匀致密的TiN薄膜，且T-N的沉积速率随频率的增大而逐渐减万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文小。由于阳极氧化，TiN薄膜中还含有一定量的。元素和Fe元素。在TiN薄膜与不锈钢基体间的界面处，各元素含量呈梯度变化，有益于薄膜与基体间的结合。(2)在400---．700℃温度范围，对TiN薄膜在空气氛围中进行热氧化处理，生成N—Fe共掺杂Ti02薄膜。研究表明，氧化温度对所生成的Ti02薄膜的相结构有重要影响，450℃时开始

5、出现锐钛矿相；500℃和600。C时则主要为锐钛矿和金红石共存的混晶结构；700℃时Ti02完全转化为金红石相。不同氧化温度下生成的N—Fe共掺杂Ti02薄膜的紫外一可见光吸收边均有明显红移，禁带宽度变窄。此外，重点对性能最佳的500℃氧化生成的N—Fe共掺杂Ti02薄膜的光电响应及光催化性能进行了研究。N—Fe共掺杂Ti02薄膜对紫外光和可见光都有显著的光响应，在紫外光和可见光分别照射下，薄膜电极的瞬态光电流分别约为7．0叫cm2和3．8叫cm2。采用5mg／L的罗丹明B溶液对N—Fe共掺杂Ti02薄膜的光催化性能进行了测试，结果表明，经过紫外光和可见光的3小

6、时照射，薄膜对罗丹明B的降解率分别为82．7％和67．5％。关键词：直流脉冲电泳沉积，Ti02薄膜，N—Fe共掺杂，不锈钢，光催化，光电性能万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文PREPARATl0NANDPHOTOELECTR【CPRoPERTYoFN—FECODOPEDT102THINFILMSONSTAINLESSSTEELABSTRACTWiththeadvantageofhighphotocatalyticactivity,notoxicityandlowcost，manypracticalapplicationsofTi02likedegradati

7、onoforganicpollutant，wastewatertreatment，airpurificationandsterilizationhavebeenstudiedforafewdecades．However,Ti02hasafataldrawbackthatitshowsaselectiveresponsetotheultravioletregionofthesolarspectrum．Thereisonly4-6percentofultravioletlightinthesunlight，makingthelowutilizationofsolar

8、energy．There