等離子體處理方法對(duì)納米顆粒增強(qiáng)二氧化鈦光催化活性的研究

PlasmaProcessingApproachtoMolecularSurfaceTailoringofNanoparticles:

ImprovedPhotocatalyticActivityofTiO2第七組：孫正亮sc06014055

仇鵬飛sc06014064

聶恒昌sc06014039

高國軍sc06014004

韓士奎sc06014002PECVD等離子體中含有大量由中性粒子電離所產(chǎn)生的正離子和電子，由于電子質(zhì)量小，在與重離子碰撞時(shí)只損失極小一部分能量，而離子從電場中獲得的能量則在頻繁的碰撞中傳給傳給中性粒子，所以，在低溫等離子體中，電子、離子、中性粒子具有不同的溫度。等離子體增強(qiáng)化學(xué)反應(yīng)，使沉積溫度降低，在低真空條件下，氣體產(chǎn)生輝光放電形成等離子體。在低溫等離子體中，電子的溫度比普通氣體分子的平均溫度約高10-100倍，使本來需要在高溫下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)由于反應(yīng)氣體的電子激活而在相當(dāng)?shù)偷臏囟认逻M(jìn)行。反應(yīng)氣體的化學(xué)鍵在低溫下就可以被打斷，所產(chǎn)生的活化分子，靠原子基團(tuán)之間的相互反應(yīng)，最終沉積生成薄膜。此過程被稱為等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積（Plasma-EnhancedChemicalVaporDeposition,PECVD）光催化劑——TiO2當(dāng)TiO2在光照下能量大于3.2ev時(shí)，電子由價(jià)帶被激發(fā)到導(dǎo)帶，并在價(jià)帶上產(chǎn)生一個(gè)帶正電的空穴，空穴與導(dǎo)帶上的電子能重新合并產(chǎn)生光，或者和一些吸附在催化劑表面的H2O.OH-，02或有機(jī)物質(zhì)反應(yīng)。光催化反應(yīng)機(jī)理包括的過程：1.光激發(fā)過程2.吸附過程3.復(fù)合過程4.捕集過程5.其它自由基反應(yīng)。這樣光能就可在短時(shí)間內(nèi)以化學(xué)能的形式貯藏起來，實(shí)現(xiàn)光能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。光激發(fā)過程:TiO2+hv→e-+h+復(fù)合過程:e-+h+→heat

這種空穴——電子之間會(huì)發(fā)生快速復(fù)合，使光催化效應(yīng)的產(chǎn)生受到了限制，因此通過減緩載流子的復(fù)合可以提高光催化劑的活性。常用摻雜改性提高光催化劑的催化效率。半導(dǎo)體復(fù)合能提高TiO2光催化系統(tǒng)的電荷分離效果.擴(kuò)展TiO2光譜響應(yīng)范圍.是提高TiO2光催化性能的有效手段。比如最近的半導(dǎo)體復(fù)合的研究。在這次研究中，我們采用半導(dǎo)體復(fù)合技術(shù)，通過使用PECVD方法來制備TiO2與SnO2的復(fù)合物。通過對(duì)一種acidorange(AO7)光催化效應(yīng)與未經(jīng)表面修飾的TiO2進(jìn)行比較，可以觀察到光催化效應(yīng)有了很大的增強(qiáng)，大約提高到80%實(shí)驗(yàn)過程

1、復(fù)合催化劑的制備：預(yù)處理：TiO2（d=21nm）在氧氣的等離子的處理下，除去碳（P=8mTorr,p=100W）復(fù)合催化劑的制備：TiO2（處理過）在四甲基錫（TMT）單體引發(fā)PECVD過程。六氟丙稀氧化物（C3F6O）摻入TMT中制得另一組復(fù)合物，、2、含偶氮有機(jī)染料的光催化氧化通過其對(duì)AO7的催化反應(yīng)，來檢測(cè)其催化效率3、含錫薄膜的表征用傅立葉紅外光譜(FT-IR),X-射線光電子光譜學(xué)(XPS),X-射線衍射(XRD),原子力顯微鏡(AFM),和透射電子顯微鏡(TEM)對(duì)制備的復(fù)合催化劑進(jìn)行表征，結(jié)果討論：討論這次研究的主要目的是評(píng)估通過使用等離子處理方法來制備的TiO2納米顆粒的性能。通過使用PECVD操作一個(gè)360旋轉(zhuǎn)的反應(yīng)器，可以在涂層過程中給納米顆粒提供強(qiáng)有力的攪動(dòng)和混合。另外，在等離子發(fā)射中襯底自發(fā)產(chǎn)生的負(fù)偏壓提供了一種相斥的靜電力作用，這可能起到減小顆粒團(tuán)聚的作用。并且還會(huì)減小顆粒尺寸上。在這次工作中，選擇TiO2來評(píng)估PECVD涂層技術(shù)是基于下面一系列考慮。一方面在于已經(jīng)可以制得表面修飾較好的TiO2納米顆粒，并且已有的催化劑反應(yīng)可用來檢測(cè)涂層過程中的全部功效。另外，由于考慮到TiO2的大量商業(yè)作用，選擇TMT作為單體是因?yàn)橐呀?jīng)證實(shí)了SnO2可以有效的提高TiO2的光催化作用。兩個(gè)半導(dǎo)體之間存在一定的能量失配有利于減少電子空穴對(duì)的復(fù)合。實(shí)現(xiàn)這種性能的提高的一個(gè)重要的條件是要在兩個(gè)半導(dǎo)體之間得到一個(gè)好的物理接觸。這在等離子方法表面修飾中可以得到很好的實(shí)現(xiàn)。本次工作中兩種半導(dǎo)體材料的直接接觸的效果可以與用其他各種各樣的物理混合方法制備的材料進(jìn)行比較。很明顯的，如在本次研究中所顯示的一樣，PECVD方法可以應(yīng)用于在顆粒上得到直接摻雜有半導(dǎo)體材料的涂層最后，需要指出，PECVD設(shè)備的參數(shù)和沉積時(shí)間可以進(jìn)一步優(yōu)化，從而使化合物顆