【摘要】：隨著社會(huì)的發(fā)展,能源緊缺、環(huán)境污染問題日益加劇,尋求一種新型清潔能源成為現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。使用光催化劑作為媒介產(chǎn)生可持續(xù)清潔能源,對(duì)污染物進(jìn)行高效降解成為現(xiàn)在的主要研究課題之一。光催化劑TiO_2具有廉價(jià)、無毒、化學(xué)性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)受到研究者的廣泛關(guān)注,但存在光學(xué)帶隙大,光生電子-空穴復(fù)合率高,只能吸收太陽光中的紫外部分等缺點(diǎn)。而可見光部分占太陽能量的比重大,如何構(gòu)建高效可見光響應(yīng)催化劑成為主要的研究方向。目前主要有兩方面研究,一方面對(duì)二氧化鈦進(jìn)行摻雜改性拓寬其光吸收范圍,另一方面尋求新型光學(xué)帶隙適宜的光催化劑。新型鉍系層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鐵電材料具有很多優(yōu)異的性能,如鐵電、介電性能優(yōu)異、抗疲勞性、不含鉛基、對(duì)環(huán)境友好,并且在薄膜電容、電光器件等方面也有很多應(yīng)用,并且大多數(shù)具有良好的可見光響應(yīng)。釩酸鉍作為一種鉍系層狀類鈣鈦礦材料受到研究者的廣泛關(guān)注。目前對(duì)于釩酸鉍粉體的研究已經(jīng)取得了很多成果:1、可以通過多種制備方法獲得不同晶粒大小、結(jié)構(gòu)、形貌的樣品,2、有無表面活性劑對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)和光催化性能的影響,3、對(duì)光催化劑進(jìn)行改性(金屬/金屬離子、非金屬離子、與其它半導(dǎo)體復(fù)合構(gòu)建異質(zhì)結(jié)等)研究。盡管基于粉體研究已經(jīng)涉及到多方面,但對(duì)其機(jī)理上的研究還存在一些模糊的地方,如無法詳細(xì)說明光生載流子在不同晶面上的來源、分布以及釩酸鉍薄膜在襯底上的生長(zhǎng)過程。基于以上原因,本文通過PLD技術(shù)制備出具有特定晶面的薄膜,并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)制以及光催化性能做了詳細(xì)研究。本文以釩酸鉍(0k0)薄膜為研究對(duì)象,利用脈沖激光沉積技術(shù),采用晶格匹配度最高的YSZ(001)作為襯底,通過控制襯底溫度、靶材、沉積時(shí)間等條件制備出一系列薄膜樣品,并對(duì)所制備的樣品進(jìn)行了詳細(xì)的光物理和光催化性能研究。主要有以下研究?jī)?nèi)容:(1)采用脈沖激光沉積技術(shù),在YSZ(001)襯底上成功沉積出單斜白鎢礦結(jié)構(gòu)釩酸鉍外延薄膜。主要制備出以下變量參數(shù)樣品:1、襯底溫度,2、靶材,3、沉積時(shí)間。(2)對(duì)制備的一系列薄膜樣品進(jìn)行XRD、AFM、Raman等表征。發(fā)現(xiàn)隨著襯底溫度的升高,在YSZ(001)上沉積的釩酸鉍薄膜逐漸接近化學(xué)計(jì)量比1:1。當(dāng)襯底溫度為680~oC,靶材為6:1時(shí),可以穩(wěn)定制備出純相(0k0)薄膜,同時(shí)分析了變溫過程中樣品的組分變化。(3)對(duì)在不同襯底溫度下制備的樣品進(jìn)行光催化性能測(cè)試,以羅丹明B(10mg/L)為目標(biāo)降解物,在距樣品15cm處,用300W氙燈照射樣品,沉積溫度為680~oC的樣品光催化降解效果最好,降解速率為16.4*10~(-3)min~(-1)。對(duì)樣品進(jìn)行表征得出:在形貌上晶粒均勻平滑,晶界區(qū)分明顯,小尺寸晶核數(shù)量較少,從XPS上得出在10-18eV之間的深能級(jí)與之前釩酸鉍在石英襯底上沉積的多晶樣品相比有明顯改變。探究了鈮酸銀原位還原銀納米顆粒與釩酸鉍薄膜光沉積銀的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。(4)通過改變不同的沉積時(shí)間制備出一系列樣品,用原子力顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行掃描得出,薄膜生長(zhǎng)模式為三維島狀生長(zhǎng),樣品隨著沉積時(shí)間的推移晶核會(huì)不斷長(zhǎng)大,當(dāng)縱向生長(zhǎng)到200nm左右會(huì)保持穩(wěn)定,橫向持續(xù)生長(zhǎng),將制樣時(shí)間延長(zhǎng)到60min,橫向生長(zhǎng)并沒有無限生長(zhǎng)下去,最后仍然沒有得到連續(xù)膜。
【圖文】：

第一章 緒論化半導(dǎo)體簡(jiǎn)介催化原理的本質(zhì)是半導(dǎo)體光催化劑在光照下，當(dāng)入射光能量大于等于轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，同時(shí)產(chǎn)生具有強(qiáng)還原性和氧化性的光生電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)光降解過程。半導(dǎo)體光催化劑的基，，即半導(dǎo)體材料的能帶是不連續(xù)的，由一個(gè)充滿電子的低能（CB）構(gòu)成，價(jià)帶和導(dǎo)帶之間存在一個(gè)沒有電子的禁帶區(qū)差用 Eg來表示[1-4],如圖 1-1。光催化劑原理大致分為以下幾

結(jié)果如圖3-1。圖中所示分別為在襯底溫度為 550oC、600oC、660oC、680oC、700oC 的樣品譜圖。從圖中可以看出，從 550oC 到 700oC 樣品的峰位以及峰強(qiáng)都在改變。圖 3-2 為不同靶材條件下制備的樣品。圖中的 XRD 衍射峰強(qiáng)都以 log 指數(shù)形式顯示。
【學(xué)位授予單位】：河南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36;TB383.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2652318