论文部分内容阅读
近年来,半导体氧化物光催化成为最热门的研究领域之一。半导体材料TiO2具有无毒,化学性质稳定,廉价,降解有机物彻底等优点,被广泛地应用于光催化领域。但是TiO2是一种禁带宽度较大的n型半导体材料,只能被紫外光所激发,太阳能的利用率大大降低,另外光激发产生的电子-空穴复合率较高,使得光催化效率也难以提高。大量研究表明,将TiO2与某些窄带半导体进行纳米尺度上的复合,利用两种半导体导带和价带的能带位置不同,不仅可以提高电子空穴的分离率,还可以提高太阳光的利用率,增强稳定性。Cu2O是一种禁带宽度较窄的p型半导体,禁带宽度约为2.2eV,能被可见光激发,具有良好的光催化性能,无毒且廉价。本论文主要工作是采用直流反应磁控溅射法在载玻片基底上制备Cu2O、TiO2单一薄膜及Cu2O/TiO2复合薄膜。利用X射线能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试技术来对薄膜的组分、结构、表面形貌等微观性能进行表征。采用氙灯作为光源,测定了各种薄膜对亚甲基蓝（MB）的光催化降解率。XRD的结果表明,Cu2O在溅射的过程中,晶体的生长存在择优现象,通过实验证明,不同的晶面对亚甲基蓝的光催化作用不同,（111）的光催化作用要优于（110）和（220）晶面,所以应该将溅射时间控制在5min内。对Cu2O/TiO2复合薄膜来说,当TiO2含量不变即功率100W溅射1h时,其光催化效率随着Cu2O含量的增加出现先提高而后下降,研究表明,当Cu2O含量为2.6%时,光催化效果最好,60min内MB的降解率达到了73.6%,这是因为少量的Cu2O提高了复合薄膜对太阳光的利用率并且更有利于电子-空穴的分离,但是过多则会导致电子空穴难以迁移至表面进行反应,从而降低了催化效果。同时对通入气氛和溶液pH值条件进行了考察,结果发现通入空气效果要优于N2,因为O2对光生电子的捕获增大了电子-空穴的分离率,延长了载流子的时间。从pH值的影响来看,碱性条件下要更优于酸性条件,这是因为碱性条件下更有利于·OH生成,也易于对MB分子的吸附和空穴的迁移,因此呈现出催化效果的显著差异。当pH=12时,复合薄膜的光催化效率60min内达到了97.4%。