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二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究

张新宝;张健;张超;樊震坤;王磊

【摘要】二氧化钛(TiO2)是一种宽禁带的半导体材料,作为一种光催化剂,可以起到

节约能量且保护环境资源的作用.在光照条件下,价带中的电子通过吸收光子而跃迁

到导带,从而产生空穴电子对,电子可以减少空气中的氧气,空穴完全氧化并将被吸附

的物质分解成小的无机分子.本文研究了二氧化钛光催化材料的发展,并分析讨论了

二氧化钛薄膜光催化原理以及制备工艺.

【期刊名称】《山东陶瓷》

【年(卷),期】2019(042)003

【总页数】4页(P9-12)

【关键词】二氧化钛;光催化;溶胶-凝胶法

【作者】张新宝;张健;张超;樊震坤;王磊

【作者单位】山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股

份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元

新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博

255086

【正文语种】中文

【中图分类】TQ174.75

前言

随着人类生活环境的恶化，环境污染成为一个亟待解决的问题。为了严控污染，人

们采取了各种方法和手段。生活环境中主要存在大气污染、水体污染、土壤污染等

问题，它们中所产生的有机污染物的危害最为严重，目前主要采用传统生物降解和

物理吸收等方法进行处理，但存在净化效率低、资金消耗多等问题。因此，研究更

有效的污染控制技术和方法已成为该领域的一个关键问题。经过深入研究发现，采

用TiO2光催化材料处理废水中的有机污染物具有快速、高效、不污染环境等优点。

TiO2光催化材料不仅可以降解空气和废水中的有机污染物，还具有杀菌，除臭等

功能，已成为现阶段广泛使用和有效的新技术［1］。它不仅可以使用太阳能等可

再生能源，还能够对生物进行降解，进而保护环境。它不仅使我们的生活环境得到

了改善，而且这类光催化材料可以长期、循环使用，因此，TiO2光催化材料已经

成为近年来的研究热点［2］。在许多半导体光催化剂中，TiO2具有氧化能力强、

无二次污染、催化活性高等优点，而且，当在一定的工艺水平下用太阳光照射时，

TiO2膜具有超亲水性。因此，涂有TiO2膜的材料具有防雾效果并且可以进行自

我清洁等功能［3］。

本文对近几年TiO2薄膜的研究报道进行了广泛的调研，总结了TiO2薄膜的制备

工艺，并阐述了其在光催化领域的研究［4］。

1TiO2薄膜的制备方法

制备TiO2薄膜的方法有多种，不同的制备技术存在差异，因此对薄膜的结构、外

观和性能等影响都有所不同。目前，制备TiO2薄膜的方法主要有溶胶－凝胶法、

物理气相沉积法、化学气相沉积法和喷雾热分解法等。采用不同的工艺方法或工艺

参数制备的二氧化钛，在成分和结构等方面均有所差异。

1.1化学气相沉积法

化学沉积方法包括激光化学气相沉积，等离子体增强化学气相沉积和金属有机化学

气相沉积。

其中，（MOCVD）是一种低成本且易于控制沉积工艺的制膜技术［5］，它的优

点是具有相对容易控制的膜组成和成分。但是在涂装工艺中需要氩气，所以成本相

对较高；等离子体化学增强的化学气相沉积在较低的沉积温度下更容易控制工艺参

数，然而生产率很低，不能高效率的运行，容易受到空气颗粒的污染，影响沉积效

果，大大降低工作效率；激光化学气相沉积使用具有一定选择性的合适的特定激光

波长，在特定光照下，沉积膜均匀性好，纯度高，但沉积速率慢，需要相对高的沉

积温度。

1.2物理气相沉积法

物理气相沉积包括过滤电弧沉积，RF溅射，磁控溅射，活化反应蒸发，DC溅射

和离子束辅助沉积。在这多种物理气相沉积法中，使用最广泛的是磁控溅射测试方

法。它具有一定的可操作性，基本原理是在真空环境中通过电离惰性气体来产生等

离子体，在额定偏压的特定条件下，靶被等离子体气体轰击，金属离子被溅射出，

并将它们沉积在目标基板上以形成薄膜。有时，为了实现一些特定的技术参数，会

引入氧气（O2）等反应气体。氩气是通常用于溅射的惰性气体，这是因为惰性气

体具有最高的溅射速率，该方法的优点是它具有良好的可重复性和可控性，但它需

要非常高的工作环境和真空要求。此外，该过程需要大型设备，导致成本提高很多。

1.3喷雾热分解法

喷雾热解法制备的薄膜主要使用了有机钛化合物，制备流程比较简单。通常，用超

声波喷洒乙醇溶液，然后以固定的温度和速度喷涂在基板上，得到目标薄膜［6］。

而且，所用的材料比较便宜