等离子体处理方法对纳米颗粒增强二氧化钛光催化活性的研究

PlasmaProcessingApproachtoMolecularSurfaceTailoringofNanoparticles:

ImprovedPhotocatalyticActivityofTiO2第七组：孙正亮sc06014055

仇鹏飞sc06014064

聂恒昌sc06014039

高国军sc06014004

韩士奎sc06014002PECVD等离子体中含有大量由中性粒子电离所产生的正离子和电子，由于电子质量小，在与重离子碰撞时只损失极小一部分能量，而离子从电场中获得的能量则在频繁的碰撞中传给传给中性粒子，所以，在低温等离子体中，电子、离子、中性粒子具有不同的温度。等离子体增强化学反应，使沉积温度降低，在低真空条件下，气体产生辉光放电形成等离子体。在低温等离子体中，电子的温度比普通气体分子的平均温度约高10-100倍，使本来需要在高温下进行的化学反应由于反应气体的电子激活而在相当低的温度下进行。反应气体的化学键在低温下就可以被打断，所产生的活化分子，靠原子基团之间的相互反应，最终沉积生成薄膜。此过程被称为等离子体增强的化学气相沉积（Plasma-EnhancedChemicalVaporDeposition,PECVD）光催化剂——TiO2当TiO2在光照下能量大于3.2ev时，电子由价带被激发到导带，并在价带上产生一个带正电的空穴，空穴与导带上的电子能重新合并产生光，或者和一些吸附在催化剂表面的H2O.OH-，02或有机物质反应。光催化反应机理包括的过程：1.光激发过程2.吸附过程3.复合过程4.捕集过程5.其它自由基反应。这样光能就可在短时间内以化学能的形式贮藏起来，实现光能与化学能之间的转化。光激发过程:TiO2+hv→e-+h+复合过程:e-+h+→heat

这种空穴——电子之间会发生快速复合，使光催化效应的产生受到了限制，因此通过减缓载流子的复合可以提高光催化剂的活性。常用掺杂改性提高光催化剂的催化效率。半导体复合能提高TiO2光催化系统的电荷分离效果.扩展TiO2光谱响应范围.是提高TiO2光催化性能的有效手段。比如最近的半导体复合的研究。在这次研究中，我们采用半导体复合技术，通过使用PECVD方法来制备TiO2与SnO2的复合物。通过对一种acidorange(AO7)光催化效应与未经表面修饰的TiO2进行比较，可以观察到光催化效应有了很大的增强，大约提高到80%实验过程

1、复合催化剂的制备：预处理：TiO2（d=21nm）在氧气的等离子的处理下，除去碳（P=8mTorr,p=100W）复合催化剂的制备：TiO2（处理过）在四甲基锡（TMT）单体引发PECVD过程。六氟丙稀氧化物（C3F6O）掺入TMT中制得另一组复合物，、2、含偶氮有机染料的光催化氧化通过其对AO7的催化反应，来检测其催化效率3、含锡薄膜的表征用傅立叶红外光谱(FT-IR),X-射线光电子光谱学(XPS),X-射线衍射(XRD),原子力显微镜(AFM),和透射电子显微镜(TEM)对制备的复合催化剂进行表征，结果讨论：讨论这次研究的主要目的是评估通过使用等离子处理方法来制备的TiO2纳米颗粒的性能。通过使用PECVD操作一个360旋转的反应器，可以在涂层过程中给纳米颗粒提供强有力的搅动和混合。另外，在等离子发射中衬底自发产生的负偏压提供了一种相斥的静电力作用，这可能起到减小颗粒团聚的作用。并且还会减小颗粒尺寸上。在这次工作中，选择TiO2来评估PECVD涂层技术是基于下面一系列考虑。一方面在于已经可以制得表面修饰较好的TiO2纳米颗粒，并且已有的催化剂反应可用来检测涂层过程中的全部功效。另外，由于考虑到TiO2的大量商业作用，选择TMT作为单体是因为已经证实了SnO2可以有效的提高TiO2的光催化作用。两个半导体之间存在一定的能量失配有利于减少电子空穴对的复合。实现这种性能的提高的一个重要的条件是要在两个半导体之间得到一个好的物理接触。这在等离子方法表面修饰中可以得到很好的实现。本次工作中两种半导体材料的直接接触的效果可以与用其他各种各样的物理混合方法制备的材料进行比较。很明显的，如在本次研究中所显示的一样，PECVD方法可以应用于在颗粒上得到直接掺杂有半导体材料的涂层最后，需要指出，PECVD设备的参数和沉积时间可以进一步优化，从而使化合物颗