金属氧化物TiO2的电沉积过程课件

1、金属氧化物TiO2的电沉积过程第一节：钛第二节：钛的氧化物第三节：TiO2薄膜的电沉积第一节：钛 从外观上看，钛与钢很相似。纯钛的塑性很好，容易承受压力加工。已知钛有两种不同的结晶形态，低于882 0C ，具有密排六方的a钛是稳定的；高于882 0C ,a钛转变为体心立方晶格的 钛。部分物理性质：原子序数 .22原子量 .47.90密度，克/厘米3 .4.51（a钛）熔点，0C .1668 4沸点，0C . 3300向超导状态转化温度，K .0.53 氧化物熔点，0C密度，克/厘米3生成热千卡/克分子晶体结构和晶格参数TiO2约18504.184.25225.5正方晶格，金红石型，a=4.48

2、ATi2O321304.6362.9三角晶体，a刚玉型，a=5.14A，c=13.61ATiO17504.93123.9面心立方晶格，其成分在TiO0.69TiO1.33之间；相应的晶格参数在4.1824.152A之间Ti3O521804.29386.7斜方晶格，a=3.747A,b=9.465A,c=9.715A表1 钛氧化物的性质:二氧化钛： 二氧化钛是处理含钛材料制的最重要的的产品之一。纯二氧化钛成白色。在自然界中发现有三种形态的含钛矿物：金红石、锐钛矿和板钛矿。这三种矿物都是二氧化钛的同素异形体，其中最稳定的是金红石。二氧化钛实际不溶于水和各种稀酸溶液，在加热的情况下能溶于浓硫酸、盐酸

3、、硝酸和氢氟酸。 二氧化钛薄膜的各种制备方法，包括基于溶胶-凝胶的涂层方法、电沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、自组装制膜、以及喷雾热分解等方法。电沉积的优势 TiO2薄膜的电沉积制备方法与其它方法相比，有如下优势: (l)电沉积是在低温镀液中进行的，因此复合材料涂层不存在残余热应力问题，有利于增强基底与涂层之间的结合力;第三节： TiO2薄膜的电沉积 (2)通过控制电流、电压、溶液的pH值、温度和浓度等实验参数，能精确控制镀层的厚度、化学组成、结构及孔隙率等; (3)电沉积所需设备投资少、原材料利用率高、生产费用低、工艺简单、易于操作、既可连续生产又可间歇工作。 1.阴极电沉积 肖庆峰使用T

4、iCl4的前驱体溶液，采用阴极电沉积法在301不锈钢表面制备TiO2薄膜，并研究了电化学沉积过程的机理。 以下是他描述的沉积过程： 由于TiCl4非常容易发生水解发应： 故首先使用有机溶剂甲醇溶解TiCl4，反应如下： 当电流通过电解槽，阴极表面发生还原反应： 羟基过氧化钛与OH-反应发生水解，在阴极表面凝聚为水合过氧化钛，经热处理形成TiO2薄膜，反应如下： S.Karuppuchamy等直接以商品TiOSO4为原料，阴极电沉积得到了TiO2薄膜电极。 取TiOSO4溶于2M的硫酸中，再加入双氧水得到一红色溶液(硫酸过氧钛)。用此溶液配制Ti浓度为5一500mM的溶液，加入KNO3，并用硝酸

5、和氨水将pH调至1-3，这样就可以作为阴极沉积溶液，沉积的电压为-0.9-1.4V。阴极反应：阴极上淀积反应： 将得到的凝胶膜TiO(OH)2.xH2O(gel)在400 0C下煅烧，可得到锐钛矿型的TiO2薄膜。2.阳极电沉积法 以新鲜配置的TiCl3溶液为电解液，工作电极为导电的基底电极进行电解，在阳极得到无定形的钛（IV）水化膜，将膜在红外灯下或温室干燥，然后移入马弗炉中，控制温度热处理后即得TiO2薄膜。应用电沉积的方法能够在导电玻璃，Pt、Au、 Ti等电极表面沉积TiO2纳米薄膜。电沉积和热处理过程发生的反应为： 电沉积方法制备的TiO2纳米微粒膜是以微晶的形式堆积而成的。通过控制制备条件，可制的表面平坦、致密、有较好光电化学性能的TiO2 纳米薄膜。另外，在SnO2导电玻璃表面制得的钛（IV）氧化物水化膜，经不同温度（200-800 0C）热处理可转变为多孔晶相薄膜，TiO2膜的XRD测试表明，当热处理温度低于400 0C