一種Ag、N共摻雜TiO2納米薄膜的制備方法及其納米薄膜的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二氧化鈦光催化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Ag、N共摻雜1102納米薄膜 的制備方法及其納米薄膜的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 二氧化鈦（TiO2)具有化學(xué)性穩(wěn)定、高折射率、低成本和無毒等優(yōu)良特性，被認(rèn)為是 最有實(shí)用前景的光催化材料。但是由于11〇 2的寬禁帶、光生電荷復(fù)合率高等缺點(diǎn)，限制了 其應(yīng)用。同時(shí)，現(xiàn)在常用的1102粉體等光催化材料存在難回收、易團(tuán)聚、二次污染、成本高 等問題。因此，開發(fā)具有高效可見光響應(yīng)、光生電荷復(fù)合率的TiCV薄膜光催化材料成為當(dāng) 前材料工作者研宄的重要任務(wù)。
[0003] TiO2的禁帶寬度（Eg = 3. 0~3. 2eV)，只有在紫外光照射下才顯示光催化活性， 通過改性使1102在可見光區(qū)具有光催化活性已成為研宄重點(diǎn)。金屬、非金屬摻雜TiO 2是改 性重要方法之一，可有效降低光生電子和空穴的復(fù)合幾率，增強(qiáng)對可見光的吸收，提高其對 太陽光的利用率，進(jìn)而提高110 2的光催化活性。
[0004] 當(dāng)前，常用摻雜1102材料制備方法是浸漬法、溶膠凝膠法、水熱法、離子摻雜法等， 如中國專利CN 102219179 A、CN 102407105 A等。但是，這幾類制備方法存在制備工藝復(fù) 雜，工藝不容易控制，重復(fù)性不好等不足。
[0005] 中國專利CN 101591769 A公開了"一種制備碳氮含量比例可調(diào)的共摻雜納米二 氧化鈦薄膜的方法"，該方法采用了反應(yīng)磁控濺射鍍膜方法，制備出C、N成分可調(diào)的TiCN薄 膜，然后采用通常的熱氧化方法處理TICN薄膜，制備得碳氮共摻雜納米二氧化鈦薄膜。該 發(fā)明制備改性TiO 2材料的方法與浸漬法、溶膠凝膠法、水熱法、離子摻雜法等方法相比，雖 然該制備工藝得到了較大的改進(jìn)，但是C、N和TiO 2納米顆粒不具備協(xié)同效應(yīng)，因而TiO 2納 米顆粒的帶隙并未降低，光生電子轉(zhuǎn)移差，其光催化性能不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有制備二氧化鈦薄膜的方法存在的制備工藝復(fù)雜、工藝不 容易控制、重復(fù)性不好和光催化性能不高的技術(shù)問題，提供一種制備工藝簡單且具有較高 光催化活性的Ag、N共摻雜110 2納米薄膜的制備方法及其納米薄膜的應(yīng)用。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：
[0008] -種Ag、N共摻雜TiO2納米薄膜的制備方法，其包括如下步驟：
[0009] (1)玻璃襯底先依次在丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗5~30min，吹干備用；
[0010] ⑵將玻璃襯底放入濺射室內(nèi)的樣品臺上，抽真空到SXKT4Pa以下，通入氬氣，濺 射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)上升至3. 2~4. 3Pa，預(yù)濺射Ag靶2~5min以除去靶材表面的氧化物；
[0011] (3)在濺射室內(nèi)繼續(xù)通入氬氣，使濺射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)保持在3. 2~4. 3Pa，然后 玻璃襯底上制備單層Ag薄膜，所述玻璃襯底不加溫，所述Ag靶和所述玻璃襯底之間的距離 為40~60mm，濺射過程中氬氣的流量為20~30sccm，Ag靶濺射功率為60W，濺射0. 5~ 4min，得到單層Ag薄膜；
[0012] (4)Ag靶濺射后，在濺射室內(nèi)通入體積比為1:1的氬氣和氮?dú)饣旌蠚?，混合氣的?量為25~40sccm，濺射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)保持在3. 2~4. 3Pa，然后使用TiO2靶射頻磁控濺 射，TiO2靶濺射功率為100W，使其濺射到步驟⑶所制得的單層Ag薄膜上，所述TiO 2革巴和 所述帶有單層Ag薄膜的玻璃襯底之間的距離為30~40mm，所述帶有單層Ag薄膜的玻璃襯 底不加溫，濺射4~6min，從而制得Ag和N摻雜TiO 2雙層薄膜；
[0013] (5)將濺射得到的Ag和N摻雜TiO2雙層薄膜在400°C~500°C下退火2~4h得 到厚度為100~380nm的Ag、N共摻雜TiO 2單層薄膜。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟（5)中退火處理的升溫速率為以2~5°C /min。
[0015] -種由上述制備方法所制備的Ag、N共摻雜TiO2納米單層薄膜應(yīng)用于液相染料的 光催化降解。
[0016] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：利用本發(fā)明所述制備方法制備的Ag、N共摻雜TiO2納米單 層薄膜，Ag納米顆粒均勾地分散在N-TiO 2薄膜中，由于Ag、N、TiO 2納米顆粒的協(xié)同效應(yīng)和 表面等離子體共振效應(yīng)，極大地減少了 TiO2的帶隙，有助于光吸收向可見光區(qū)轉(zhuǎn)移，并且有 效的促進(jìn)了光生電荷轉(zhuǎn)移，進(jìn)而改進(jìn)了 1102納米薄膜的光催化性能。此外，Ag納米顆粒促 進(jìn)了有效的界面電荷轉(zhuǎn)移，從而減少了 TiO2中光生電子和空穴的復(fù)合，同樣也提高了 Ag和 N共摻雜TiO2單層薄膜的光催化性能。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面通過實(shí)施例對本發(fā)明方法做進(jìn)一步的闡述。以下所有實(shí)施例中， seem (Standard Cubic Centimeter per Minute)為體積流量單位，表不每分鐘標(biāo)準(zhǔn)毫升。 需要指出的是，以下實(shí)施例只是為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好的理解本發(fā)明，但并不 是對本發(fā)明作任何限制。
[0018] 實(shí)施例1。
[0019] 實(shí)驗(yàn)原料與試劑：99. 99 %純度的Ag靶、1102靶、實(shí)驗(yàn)襯底普通玻璃 (20mmX20mm);丙酮（化學(xué)純）、乙醇（化學(xué)純）和去離子水。
[0020] 采用中科院沈陽科儀研制中心有限公司研制的JGP5601型磁控濺射儀通過磁控 濺射法進(jìn)行薄膜制備。具體制備方法與步驟為：
[0021] (1)玻璃襯底使用前依次在丙酮、乙醇和去離子水中超聲清洗5~30min，吹干備 用；
[0022] (2)將玻璃襯底放入濺射室內(nèi)的樣品臺上，抽真空到SXKT4Pa以下，通入氬氣，濺 射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)上升至3. 2~4. 3Pa，預(yù)濺射Ag靶2~5min以除去靶材表面的氧化物；
[0023] (3)在濺射室內(nèi)繼續(xù)通入氬氣，使濺射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)保持在3. 2~4. 3Pa，然后 在玻璃襯底上制備單層Ag薄膜，所述玻璃襯底不加溫，所述Ag靶和所述玻璃襯底之間的距 離為40mm，濺射過程中氬氣的流量為20~30sccm，Ag靶濺射功率為60W，濺射0. 5min，得 到厚度為20nm的單層Ag薄膜；
[0024] ⑷Ag靶濺射后，在濺射室內(nèi)通入體積比為1:1的氬氣和氮?dú)饣旌蠚?，混合氣的?量為25~40sccm，濺射室內(nèi)的反應(yīng)壓強(qiáng)保持在3. 2~4. 3Pa，然后使用TiO2靶射頻磁控濺 射，TiO2靶濺射功率為100W，使其濺射到步驟⑶所制得的單層Ag薄膜上，所述TiO2革巴和 所述帶有單層Ag薄膜的玻璃襯底之間的距離為30_，所述帶有單層Ag薄膜的玻璃襯底不 加溫，濺射4min，從而制