高光催化活性的TiO₂-ZnO双层复合薄膜的制备方法

专利名称：高光催化活性的TiO₂-ZnO双层复合薄膜的制备方法
技术领域：
本发明涉及用于玻璃镀膜的Ti02-ZnO双层复合薄膜的制备方法。
背景技术：
随着全球环境问题的日益突出，以及环保观念的增强，用半导体薄膜光催 化降解有机污染物的技术由于具有操作简便、对污染无选择性、降解彻底等优 点引起了人们的高度重视。在这些半导体中Ti02作为目前研究最为广泛的光催 化材料，本身却由于只对紫外光响应以及光生电子-空穴复合率高等缺点而限制 了它的应用。在对Ti02改性的方法中，将两种禁带宽度不同的半导体复合的方 法，能产生能带弯曲，使电荷分离增加，同时可以扩展光激发的能量范围，因 而受到了广泛的关注。ZnO在染料光催化等一些场合也表现出了优异的光催化 性能，但是存在光腐蚀而在溶液中稳定性不够，目前以Ti02和ZnO靶材，采用 射频磁控溅射法在清洗过的载玻片上依次沉积ZnO层和Ti02层，得到Ti02 -ZnO双层复合薄膜，利用耐酸碱腐蚀范围较大的Ti02薄膜覆盖在ZnO表面可以 延缓其腐蚀。这样复合的半导体薄膜往往会形成自建电场，促进光生电子-空穴 对的分离，改善薄膜总体光催化作用。但在简单复合半导体薄膜中，被Ti02覆 盖的ZnO层内的光生电荷不能参与光催化作用而限制了复合薄膜光催化性能的 进一步提高。

发明内容
本发明的目的是提供一种高光催化活性的Ti02 - ZnO双层复合薄膜的制备 方法，以克服单层Ti02薄膜光催化性能提高有限以及双层复合薄膜中被覆盖层 的光生电荷不能很好的参与光催化作用等问题。
本发明的高光催化活性的Ti02 - ZnO双层复合薄膜的制备方法，其步骤包
括
以Ti02和ZnO靶材，采用射频磁控溅射法在清洗过的载玻片上依次沉积 ZnO层和Ti02层，得到1102-ZnO双层复合薄膜，将得到的Ti02 - ZnO双层 复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反应室抽真空至少至0.8Pa，通入 Ar、N2或H2气体，调节气体流量100sccm 500sccm，调节反应室中两极板的 距离为5mm，电压为100V，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面l 2h。
本发明具有的优点是由于等离子体轰击使得ZnO层与Ti02层的接触面积更多，形成异质结，在 不降低薄膜可见光透过率的前提下，明显改善了薄膜的光催化性能。经过等离 子体轰击处理过的薄膜均能保证可见光透过率为85%左右，且经等离子体轰击 处理过的Ti02 - ZnO复合薄膜在2h内对罗丹明B (RhB)的降解率为60%至 70%。，而未经等离子处理过的Ti02-ZnO复合薄膜在2h内对RhB的降解率为 50%左右，单层Ti02薄膜的在2h内对RhB的降解率为30%左右。本发明制备 工艺简单，制得的Ti02 - ZnO复合薄膜具有良好稳定性及耐腐蚀性，可重复利 用率高。


图1是本发明的1102-ZnO复合薄膜的扫描电镜图； 图2是本发明的Ti02-ZnO复合薄膜的可见光透过率； 图3是各种薄膜试样在紫外光照射下2h内对RhB的降解率。
具体实施方式
实施例1:
1) 将25x76.2mm、 lmm 1.2mm厚的载玻片用2.5%重铬酸钾浓硫酸溶液 清洗干净，以纯度为99.9%的ZnO粉体和纯度为99.9%的Ti02纳米粉体为原料 分别制备出TiC)2和ZnO靶材。采用射频磁控溅射法在清洗过的载玻片上依次沉 积ZnO层和Ti02层，射频磁控溅射反应室抽真空至7x10—2Pa。通入工作气体 Ar，调节Ar流量(10sccm)控制沉积压强在0.8Pa，调节射频电源功率在80W、 极板电压为400V，起辉，沉积温度为室温，得到Ti02-ZnO双层复合薄膜；
2) 将得到的Ti02-ZnO双层复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反 应室抽真空至0.8Pa，通入Ar，调节Ar流量500sccm，调节反应室中两极板的 距离为5mm，电压为100V，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面2h。
经Ar等离子体轰击处理的薄膜表面出现了颗粒的不连续分布和表面颗粒形 态的改变，薄膜表面出现了微米级的孔洞(见图la)，使得ZnO层与Ti02层的 接触面积更多。经Ar等离子体轰击处理的Ti02-ZnO双层复合薄膜的可见光透 过率为85%—90% (见图2c)，其可见光透过率相对于单层Ti02 (图2a)及未 经等离子体轰击处理的Ti02-ZnO双层复合薄膜(图2b)并没有降低。并且在 2h内对RhB的光降解率可达到60%至70% (见图3c)，明显优于单层1102对 RhB的降解率(图3a)及未经等离子体轰击处理的Ti02-ZnO双层复合薄膜对 RhB的降解率(图3b)。
实施例2:1) Ti02-ZnO双层复合薄膜的制备同实施例1步骤1);
2) 将得到的Ti02-ZnO双层复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反 应室抽真空至0.8Pa，通入N2，调节N2流量500sccm,调节反应室中两极板的 距离为5mm，电压为100V，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面2h。
经N2等离子体轰击处理薄膜表面也出现了颗粒的不连续分布和表面颗粒形
态的改变，薄膜结构疏松，颗粒间有百纳米级不连续分布(见图lb)，使得ZnO 层与Ti02层的接触面积更多。经N2等离子体轰击处理的Ti02 - ZnO双层复合 改性薄膜的可见光透过率为85%—卯％ (见图2d)。在2h内对RhB的光降解率 可达到60%至70% (见图3d)。 实施例3:
1) Ti02-ZnO双层复合薄膜的制备同实施例1步骤1);
2) 将得到的Ti02-ZnO双层复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反 应室抽真空至0.8Pa，通入H2，调节H2流量100sccm，调节反应室中两极板的 距离为5mm，电压为100V，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面2h。
经H2等离子体轰击处理的Ti02 - ZnO双层复合改性薄膜的可见光透过率达 到了 90%以上(见图2e)。在2h内对RhB的光降解率可达到60°/。至70°/。(见 图3e)。
权利要求
1.高光催化活性的TiO2-ZnO双层复合薄膜的制备方法，该制备方法包括以TiO2和ZnO靶材，采用射频磁控溅射法在清洗过的载玻片上依次沉积ZnO层和TiO2层，得到TiO2-ZnO双层复合薄膜，其特征在于将得到的TiO2-ZnO双层复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反应室抽真空至少至0.8Pa，通入Ar、N2或H2气体，调节气体流量100sccm～500sccm，调节反应室中两极板的距离为5mm，电压为100V，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面1-2h。
全文摘要
本发明公开的高光催化活性的TiO₂-ZnO双层复合薄膜的制备方法，首先以TiO₂和ZnO靶材，采用射频磁控溅射法在清洗过的载玻片上依次沉积ZnO层和TiO₂层，得到TiO₂-ZnO双层复合薄膜，然后将TiO₂-ZnO双层复合薄膜放入介质阻挡放电装置反应室中，反应室抽真空，通入Ar、N₂或H₂气体，在室温下利用等离子体轰击双层复合薄膜表面。本发明制备工艺简单，制得的TiO₂-ZnO复合薄膜具有高光催化活性，良好稳定性及耐腐蚀性，可重复利用率高。
文档编号C23C14/35GK101608300SQ20091010086
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者刘岑岑, 张溪文, 韩高荣 申请人:浙江大学