一種增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通過氧等離子體輻照增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦薄膜光催化性能的 方法，屬于物理應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦是一種常用的光催化劑，具有廉價、易得、穩(wěn)定、無毒、活性較好等特點(diǎn)。 然而二氧化鈦對光的吸收范圍窄，帶隙只有3. 2eV，只能利用波長小于387nm的紫外光，而 且其光生電子-空穴易復(fù)合，這些在很大程度上限制了其應(yīng)用范圍。通常采用貴金屬沉積 在二氧化鈦表面，可以增強(qiáng)其在可見光范圍內(nèi)的吸收，同時降低其電子空穴對復(fù)合率。在金 屬摻雜二氧化鈦的復(fù)合薄膜中，銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜的成本較低，而且對于污水中的細(xì) 菌和病毒具有一定殺滅作用，這在很大程度上增加了光催化劑的應(yīng)用范圍。
[0003] 同時，探索新的方法，在制備納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高其 光催化性能，不僅具有學(xué)術(shù)意義而且具有實(shí)際應(yīng)用價值。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明旨在提供一種通過氧等離子體輻照提高納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催 化性能的方法，所要解決的技術(shù)問題是使納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜的光催化性能有較為 明顯的提升。
[0005] 本發(fā)明解決技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特點(diǎn)在于：用氧等 離子體輻照納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜。
[0007] 本發(fā)明增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特點(diǎn)也在于：所 述體系為納米銀/二氧化鈦復(fù)合膜，納米銀厚度為0. 7-4nm，優(yōu)選為2nm，所述輻照時間為 2-10s，優(yōu)選的福照時間為5s。
[0008] 用氧等離子體輻照增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，是按如下 方式進(jìn)行：首先制備二氧化鈦薄膜，然后在二氧化鈦薄膜表面沉積納米銀顆粒膜，再將納米 銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜放入真空磁控濺射鍍膜設(shè)備中，將設(shè)備內(nèi)真空度抽至6 X KT4Pa以 下，然后通入O2至設(shè)備內(nèi)至真空度為5Pa，以射頻入射功率3w及偏壓50V的條件，使設(shè)備內(nèi) 形成氧等離子體，輻照納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜2~10s。
[0009] 二氧化鈦和納米銀都具有催化作用，當(dāng)它們組合在一起時，形成一種類似異質(zhì)結(jié) 結(jié)構(gòu)，其光催化機(jī)理與單體光催化機(jī)理不同。兩者之間有能量和電子轉(zhuǎn)移，在條件合適時可 以相互促進(jìn)，提高光催化效率。采用氧等離子體輻照處理后，氧等離子體將二氧化鈦表面納 米銀部分氧化，形成納米氧化銀，最終形成納米氧化銀/銀/二氧化鈦三相復(fù)合體系。在三 相復(fù)合體系中，納米氧化銀與二氧化鈦之間的能帶差異和納米銀與二氧化鈦之間的能級差 異，使二氧化鈦產(chǎn)生的電子空穴對有效分離，提高光催化性能。同時納米氧化銀可以被可見 光激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對，復(fù)合體系的可見光響應(yīng)增強(qiáng)，而且納米氧化銀的光生電子被導(dǎo)入 二氧化鈦的導(dǎo)帶中，增強(qiáng)二氧化鈦的光敏降解效果。本發(fā)明中，先制備二氧化鈦薄膜，然后 在其表面沉積不同厚度的納米銀。本發(fā)明首先找到最佳納米銀厚度，再控制氧等離子體輻 照參數(shù)，使納米銀和二氧化鈦復(fù)合體光催化達(dá)到最佳效果。
[0010] 薄膜的光催化性能可以通過薄膜的光催化降解速率來表征，而薄膜的光催化降解 速率采用靜態(tài)光催化系統(tǒng)來獲得。使用時，以羅丹明6G作為光催化實(shí)驗(yàn)的降解對象，在羅 丹明6G中加入所制備的薄膜作為催化劑，以紫外光和可見光對其進(jìn)行照射，并通過紫外可 見光光譜儀測試降解一段時間后溶液的吸光度A，并與未加入催化劑的初始羅丹明6G的吸 光度A tl進(jìn)行對比，光催化降解速率等于In (A/A J。
[0011] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：通過氧等離子體輻照增強(qiáng)了納米銀 /二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能，方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，拓展了納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜 在水質(zhì)凈化處理等方面的應(yīng)用。
【附圖說明】
[0012] 圖1為不同厚度納米銀/170nm二氧化鈦復(fù)合薄膜在不同時間輻照前后的紫外光 催化降解速率對比圖；
[0013] 圖2為不同厚度納米銀/170nm二氧化鈦復(fù)合薄膜在不同時間輻照前后的可見光 催化降解速率對比圖。 具體實(shí)施例
[0014] 本實(shí)施例首先按下述方法制備面積為400mm2、二氧化鈦厚度為170nm、納米銀厚度 分別為〇. 7nm、2nm、4nm的納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜：首先使用真空電子槍蒸發(fā)鍍的方法 制備170nm厚的二氧化鈦薄膜，并在450°C下空氣氛圍中退火2h。然后將納米二氧化鈦薄 膜放入真空室，采用真空蒸發(fā)鍍膜的方法在其上沉積納米銀，制備出納米銀/二氧化鈦復(fù) 合薄膜，銀沉積時真空度為6. 4*l(T4Pa，蒸發(fā)源鉬舟通電電流為90A，獲得納米銀厚度分別 為0· 7nm、2nm、4nm的納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜。
[0015] 將上述納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜分別放入真空磁控濺射真空室中，對真空室抽 氣，使壓強(qiáng)降低到6*l(T 4Pa以下，然后向真空室通入高純02至壓強(qiáng)為5Pa，施加射頻功率，使 氧氣放電，產(chǎn)生等氧離子體。射頻功率3W、樣品偏壓50V，輻照時間分別為2s、5s和10s。
[0016] 經(jīng)測試，三種厚度的納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜在輻照〇S、2s、5s及IOs時的紫外 光催化降解速率對比圖如圖1所示，可見光催化降解速率對比圖如圖2所示，相應(yīng)的其光 催化降解速率的提高率分別如表1和表2所示。從圖中可以看出，經(jīng)過氧等離子體輻照，納 米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜的可見光和紫外光光催化降解速率有了顯著的提高，以納米銀厚 度為2nm的納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜效率提高最大。從納米銀厚度為2nm的樣品在輻照 2s、5s和IOs時的數(shù)據(jù)可知，隨著輻照時間的增大，光催化性能均得到提高，其中氧等離子 體輻照5s，光催化效率提高最大。因此，氧等離子體輻照是一種切實(shí)可行的提高納米銀/二 氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法。
[0017] 表1不同厚度Ag/Ti02·照前后紫外光催化降解速率提高率
[0018]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特征在于：用氧等離子 體輻照納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特征 在于：在所述納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜中納米銀薄膜的厚度為0. 7-4nm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特征 在于：在所述納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜中納米銀薄膜的厚度為2nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法， 其特征在于：所述輻照時間為2-10s。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特征 在于：所述輻照時間為5s。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法， 其特征在于按如下方式進(jìn)行：首先制備二氧化鈦薄膜，然后在二氧化鈦薄膜表面沉積納米 銀顆粒膜，構(gòu)成納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜；將納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜放入真空磁控濺 射鍍膜設(shè)備中，將設(shè)備內(nèi)真空度抽至6 X l(T4Pa以下，然后通入02至設(shè)備內(nèi)至真空度為5Pa， 以射頻入射功率3w及偏壓50V的條件，使設(shè)備內(nèi)形成氧等離子體，輻照納米銀/二氧化鈦 復(fù)合薄膜2~10s。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種增強(qiáng)納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜光催化性能的方法，其特征在于：用氧等離子體輻照納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜。本發(fā)明有效增強(qiáng)了納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜的光催化性能，方法簡單、易于實(shí)現(xiàn)，拓展了納米銀/二氧化鈦復(fù)合薄膜在水質(zhì)凈化處理等方面的應(yīng)用。
【IPC分類】B01J27-18
【公開號】CN104624212
【申請?zhí)枴緾N201510073794
【發(fā)明人】方應(yīng)翠, 張冰, 洪流, 何金俊, 張康
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月11日