光陽極是光電催化技術(shù)的關(guān)鍵,但是目前光陽極存在光催化層結(jié)合差、比表面積小,負載的TiO₂光催化效率低等問題。采用微弧氧化技術(shù)可在鈦基體上原位生長出Ti-TiO₂光陽極,但薄膜TiO₂依然存在光催化效率不足問題。基于此,本文采用微弧氧化技術(shù),通過在電解液中添加釩鹽,在TC4鈦合金基體上制備V添加TiO₂陶瓷層,探討V添加對TiO₂陶瓷層光催化性能的影響機制。研究結(jié)果如下:V添加量為12.60at.%可形成以非晶為主的黑色陶瓷層:經(jīng)500℃×1h 退火處理后,V添加TiO₂陶瓷層Lab值由18.55變?yōu)?6.73,但仍為黑色系,陶瓷層物相以銳鈦礦和金紅石型TiO₂為主,同時還有少量V₂O₅,XPS分析V元素的價態(tài)可知,V5+占V元素的69.35%,其余的30.65%為V3+。相比于微弧氧化TiO₂陶瓷層,V-TiO₂陶瓷層在紫外-可見光照射下的吸收率為... 

【文章來源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

光陽極結(jié)構(gòu)

西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4一方面，光生空穴具有強氧化性可直接與吸附于表面的OH-離子與水分子反應(yīng)，生成具有強氧化性羥基自由基(OH)；吸附于TiO2表面的O2則與具有強還原性的電子反應(yīng)生成超氧離子(O2-)；這些生成的過氧化物離子和羥基具有非常強的氧化作用，所以當(dāng)TiO2表面附著污染物時，在紫外光的照射下在其表面生成的過氧化物就可以將這些有機污染物分解為H2O和CO2[32-33]。圖1-2TiO2的光催化反應(yīng)過程Fig.1-2PhotocatalyticreactionprocessofTiO21.3.2薄膜TiO2光催化性能的缺點TiO2帶隙較寬，只能被波長小于388nm的紫外光（占太陽光譜總能量的4%左右）激發(fā)，太陽光可響應(yīng)光波范圍太窄，對太陽光的利用率低[34]；在光催化反應(yīng)過程中光生電子和空穴極易發(fā)生復(fù)合以熱的形式或其他能散發(fā)掉，使轉(zhuǎn)移到表面吸附物種上的電子和空穴數(shù)量大為減少，量子產(chǎn)率偏低，產(chǎn)生具有強氧化性的羥基少。1.4薄膜TiO2光催化性能的改善方法1.4.1拓展TiO2光波響應(yīng)范圍（1）離子摻雜由半導(dǎo)體的能帶理論[35]可知，其導(dǎo)帶能級主要取決于TiO2中金屬離子Ti4+上空的d軌道能級，而價帶能級是取決于TiO2的非金屬O2-離子充滿的p軌道能級，因此我們想要減少TiO2禁帶寬度就需要提高其光催化劑的價帶電位或者降低其導(dǎo)帶電位，或者同時改變。離子摻雜分為金屬離子摻雜和非金屬離子摻雜。金屬離子摻雜[36-40]是根據(jù)金屬離子d軌道能量高，進入O2晶格當(dāng)中形成置換固溶體或者間隙固溶體，在不改變TiO2主體晶格的前提下，改變其化學(xué)組成和電子結(jié)構(gòu)，可以提高原有Ti2d軌道的價帶電位形成雜質(zhì)能級使光生電子能很容易的被激發(fā)，使光波響應(yīng)范圍拓寬到可見光區(qū)域。摻雜元素需在鈦元素附近，半徑與Ti4+的半徑接近，還要綜合考慮它的電子軌道、電位。常用的摻雜金屬為鹵族元素，主要有Fe[

TiO2薄膜，發(fā)現(xiàn)其降解甲基橙的降解率大于未沉積Au的TiO2，這是因為Au顆粒促進了光生電子和空穴的分離。李粉玲[76]通過模擬計算發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)能級是由Pd與O2p的軌道或Ti3d的軌道雜化形成，Pd摻雜TiO2的雜質(zhì)能級出現(xiàn)在導(dǎo)帶下方，并且費米能級穿過了禁帶中的雜質(zhì)能級，這種雜質(zhì)能級會成為淺施主能級，提高了TiO2的光催化效率。但沉積的貴金屬易在TiO2表面發(fā)生富集，減少TiO2表面與污染物的接觸范圍，進而降低了光催化率。（2）半導(dǎo)體復(fù)合將TiO2與其它Eg匹配但能帶結(jié)構(gòu)不同的半導(dǎo)體進行復(fù)合的過程，稱為半導(dǎo)體復(fù)合，其光催化原理如圖1-3所示[77-78]當(dāng)被太陽光激發(fā)時，空穴從價帶電勢較高的一個半導(dǎo)體遷移到另一個半導(dǎo)體的價帶上，電子從導(dǎo)帶電勢較低的一個半導(dǎo)體遷移到另一個半導(dǎo)體的導(dǎo)帶上，這樣可以使光生電子和空穴分別處在兩個不同的半導(dǎo)體上，減小了光生電子與空穴的復(fù)合，提高了載流子密度，從而增大了TiO2的光催化效率。圖1-3復(fù)合半導(dǎo)體的光催化原理Fig.1-3Photocatalyticprincipleofcompositesemiconductor復(fù)合半導(dǎo)體有兩種：寬帶隙半導(dǎo)體復(fù)合和窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合。比TiO2禁帶寬度寬的寬帶隙半導(dǎo)體復(fù)合只是促進了兩個半導(dǎo)體相互之間的光生電子與空穴的分離，提高載流子密度。而比TiO2禁帶寬度窄的窄帶隙半導(dǎo)體復(fù)合不僅促進了兩個半導(dǎo)體之間光生電子與空穴的分離，提高載流子密度，而且還由于窄帶隙半導(dǎo)體可以吸收比TiO2可吸收波長更長的光波，因此窄帶隙半導(dǎo)體與TiO2復(fù)合的薄膜可以拓寬光波響應(yīng)范圍至可見光。

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