不銹鋼表面n-fe共摻雜tio2薄膜的制備及其光電性能研究

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時間:2018-12-08

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1、聲明本人鄭重聲明:所呈交的學位論文,是本人在指導教師的指導下,獨立進行研究所取得的成果。除文中已經注明引用的內容外,本論文不包含其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體,均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名:關于學位論文使用權的說明本人完全了解太原理工大學有關保管、使用學位論文的規(guī)定,其中包括:①學校有權保管、并向有關部門送交學位論文的原件與復印件:②學校可以采用影印、縮印或其它復制手段復制并保存學位論文;③學??稍试S學位論文被查閱或借閱;④學校可以學術交流為目的,復制贈送和交換學位論文;⑤學校

2、可以公布學位論文的全部或部分內容(保密學位論文在解密后遵守此規(guī)定)。導師簽名:虛磊蔓至日期:墊型二=厶二皇萬方數據太原理工大學碩士研究生學位論文不銹鋼表面N.Fe共摻雜Ti02薄膜的制備及其光電性能研究摘要Ti02是一種光催化活性高、化學性質穩(wěn)定、無毒、成本低廉的光催化半導體材料,在抗菌消毒、空氣凈化、污水處理、自清潔等方面展示出了廣闊的應用前景。但Ti02是寬禁帶半導體,只有在L<387nm的紫外光照射下才能表現出光催化活性,而紫外光僅占太陽光的4-6%。因此,窄化Ti02的禁帶寬度,提高Ti02對太陽能的利用率成了近些年光催化技術的重點研究課題之一。研究發(fā)現

3、,在元素摻雜改性中,對Ti02進行金屬與非金屬元素的共摻雜是提高其光催化活性的一種有效方法,其中N—Fe共摻雜的Ti02的光催化效果尤為突出。本文首先采用直流脈沖電泳沉積法在304不銹鋼基體上制備TiN薄膜,再對試樣進行低溫氧化處理,生成不銹鋼負載型N—Fe共摻雜的Ti02薄膜,并對其形貌、相結構、成分及光電化學性能進行了研究。本文的主要內容如下:(1)以水為溶劑配制濃度為5g/L的TiN納米顆粒懸浮液,選用304不銹鋼基片作兩電極,采用直流脈沖電泳沉積法在不銹鋼基片表面制備nN薄膜,并對薄膜的形成規(guī)律及其形貌、結構進行了研究。結果顯示,采用直流脈沖電壓可以顯著

4、抑制水解反應,有利于高質量TiN薄膜的形成。直流脈沖電壓頻率對薄膜的形貌及沉積速率有重要影響,在5"----30Hz頻率范圍,可以形成較為均勻致密的TiN薄膜,且T-N的沉積速率隨頻率的增大而逐漸減萬方數據太原理工大學碩士研究生學位論文小。由于陽極氧化,TiN薄膜中還含有一定量的。元素和Fe元素。在TiN薄膜與不銹鋼基體間的界面處,各元素含量呈梯度變化,有益于薄膜與基體間的結合。(2)在400---.700℃溫度范圍,對TiN薄膜在空氣氛圍中進行熱氧化處理,生成N—Fe共摻雜Ti02薄膜。研究表明,氧化溫度對所生成的Ti02薄膜的相結構有重要影響,450℃時開始

5、出現銳鈦礦相;500℃和600。C時則主要為銳鈦礦和金紅石共存的混晶結構;700℃時Ti02完全轉化為金紅石相。不同氧化溫度下生成的N—Fe共摻雜Ti02薄膜的紫外一可見光吸收邊均有明顯紅移,禁帶寬度變窄。此外,重點對性能最佳的500℃氧化生成的N—Fe共摻雜Ti02薄膜的光電響應及光催化性能進行了研究。N—Fe共摻雜Ti02薄膜對紫外光和可見光都有顯著的光響應,在紫外光和可見光分別照射下,薄膜電極的瞬態(tài)光電流分別約為7.0叫cm2和3.8叫cm2。采用5mg/L的羅丹明B溶液對N—Fe共摻雜Ti02薄膜的光催化性能進行了測試,結果表明,經過紫外光和可見光的3小

6、時照射,薄膜對羅丹明B的降解率分別為82.7%和67.5%。關鍵詞:直流脈沖電泳沉積,Ti02薄膜,N—Fe共摻雜,不銹鋼,光催化,光電性能萬方數據太原理工大學碩士研究生學位論文PREPARATl0NANDPHOTOELECTR【CPRoPERTYoFN—FECODOPEDT102THINFILMSONSTAINLESSSTEELABSTRACTWiththeadvantageofhighphotocatalyticactivity,notoxicityandlowcost,manypracticalapplicationsofTi02likedegradati

7、onoforganicpollutant,wastewatertreatment,airpurificationandsterilizationhavebeenstudiedforafewdecades.However,Ti02hasafataldrawbackthatitshowsaselectiveresponsetotheultravioletregionofthesolarspectrum.Thereisonly4-6percentofultravioletlightinthesunlight,makingthelowutilizationofsolar

8、energy.There

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