金属氧化物TiO2的电沉积过程课件.ppt

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1、金属氧化物TiO2的电沉积过程第一节：钛第二节：钛的氧化物第三节：TiO2薄膜的电沉积第一节：钛从外观上看，钛与钢很相似。纯钛的塑性很好，容易承受压力加工。已知钛有两种不同的结晶形态，低于8820C，具有密排六方的a钛是稳定的；高于8820C,a钛转变为体心立方晶格的钛。部分物理性质：原子序数.......................................22原子量.......................................47.90密度，克/厘米3...........................4.51（a钛）熔点，0C......

2、..............................16684沸点，0C....................................3300向超导状态转化温度，K..............0.53第二节：钛的氧化物钛位于门捷列夫周期表中第四副族，所以钛在最重要、最稳定的化合物中，钛都是四价。钛氧化时能生成三种氧化物：TiO2、TiO3和TiO。也已知有钛原子价态不稳定的中间氧化物。例如，Ti3O5就属这类氧化物。高价钛是两性氧化物，低价钛氧化物是碱性氧化物。钛氧化物的性质在下一页的表1中。氧化物熔点，0C密度，克/厘米3生成热千卡/克分子晶体结构和晶

3、格参数TiO2约18504.18~4.25225.5正方晶格，金红石型，a=4.48ATi2O321304.6362.9三角晶体，a刚玉型，a=5.14A，c=13.61ATiO17504.93123.9面心立方晶格，其成分在TiO0.69~TiO1.33之间；相应的晶格参数在4.182~4.152A之间Ti3O521804.29386.7斜方晶格，a=3.747A,b=9.465A,c=9.715A表1钛氧化物的性质:二氧化钛：二氧化钛是处理含钛材料制的最重要的的产品之一。纯二氧化钛成白色。在自然界中发现有三种形态的含钛矿物：金红石、锐钛矿和板钛矿。这三种矿物都是二氧化

4、钛的同素异形体，其中最稳定的是金红石。二氧化钛实际不溶于水和各种稀酸溶液，在加热的情况下能溶于浓硫酸、盐酸、硝酸和氢氟酸。TiO2是当前众多纳米材料中的“明星”，有关其制备、应用等方面的研究日益受到人们的重视。TiO2在许多领域有广泛的用途，从利用TiO2实现太阳能转换(光能—>化学能—>电能),到环境保护领域,包括光催化降解大气和水中的污染物、杀菌、自清洁、CO2还原等多个方面。光照下产生的超亲水性也是TiO2薄膜的独特之处，利用这种特性可制造不用擦拭的汽车后视镜，防水汽和防污的玻璃、陶瓷等;另外，在TiO2太阳能电池方面也取得了令人鼓舞的成果。二氧化钛薄膜的各种制备方

5、法，包括基于溶胶-凝胶的涂层方法、电沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、自组装制膜、以及喷雾热分解等方法。电沉积的优势TiO2薄膜的电沉积制备方法与其它方法相比，有如下优势:(l)电沉积是在低温镀液中进行的，因此复合材料涂层不存在残余热应力问题，有利于增强基底与涂层之间的结合力;第三节：TiO2薄膜的电沉积(2)通过控制电流、电压、溶液的pH值、温度和浓度等实验参数，能精确控制镀层的厚度、化学组成、结构及孔隙率等;(3)电沉积所需设备投资少、原材料利用率高、生产费用低、工艺简单、易于操作、既可连续生产又可间歇工作。二.TiO2薄膜的电沉积制备方法：1.阴极电沉积法2.阳极电

6、沉积法1.阴极电沉积肖庆峰使用TiCl4的前驱体溶液，采用阴极电沉积法在301不锈钢表面制备TiO2薄膜，并研究了电化学沉积过程的机理。以下是他描述的沉积过程：由于TiCl4非常容易发生水解发应：故首先使用有机溶剂甲醇溶解TiCl4，反应如下：在溶液中加入H2O2,H2O2与Ti(IV)形成稳定的羟基过氧化钛络合物前驱体溶液，反应如下：pH<1时，羟基过氧化钛为橙红色单核络合物，1

7、在阴极表面凝聚为水合过氧化钛，经热处理形成TiO2薄膜，反应如下：S.Karuppuchamy等直接以商品TiOSO4为原料，阴极电沉积得到了TiO2薄膜电极。取TiOSO4溶于2M的硫酸中，再加入双氧水得到一红色溶液(硫酸过氧钛)。用此溶液配制Ti浓度为5一500mM的溶液，加入KNO3，并用硝酸和氨水将pH调至1-3，这样就可以作为阴极沉积溶液，沉积的电压为-0.9-1.4V。阴极反应：阴极上淀积反应：将得到的凝胶膜TiO(OH)2.xH2O(gel)在4000C下煅烧，可得到锐钛矿型的TiO2薄膜。2.阳极电沉积法以新鲜