金属/TiO_2薄膜复合光催化剂的可见光催化性能研究

【摘要】基于半导体材料的直接将太阳能转化为化学能的光催化技术，正受到人们越来越多的关注。在众多半导体材料中，二氧化钛(TiO2)具有化学性质稳定、价廉、无毒等优点，成为了目前应用最为广泛的一种光催化材料。如何解决TiO2光谱响应范围窄的问题，已经成为相关领域的热点研究之一。在本论文中，我们制备了不同结构形式的金属/TiO2复合薄膜，利用金属的等离激元共振效应获得了增强的可见光光催化性能。具体的研究工作，主要分为以下两部分内容：1、Au纳米颗粒/TiO2复合薄膜的制备及其可见光催化性能研究采用热退火工艺使得磁控溅射技术制备的Au/TiO2复合薄膜结构中的Au由薄膜变成纳米颗粒状结构。控制退火温度及Au膜厚度可以获得具有不同尺寸分布的Au纳米颗粒。通过对复合薄膜的光学性质以及光催化性能进行研究，我们发现：Au纳米颗粒在可见光作用下能够产生局域表面等离激元共振，调节颗粒的尺寸分布能够实现对其等离激元共振波长的调节。尤为重要的是，Au纳米颗粒/TiO2复合薄膜相比于单纯的TiO2薄膜表现出了增强的可见光光电流以及光分解水产氢的能力。2、Au纳米颗粒/TiO2/Au薄膜复合结构的制备及其可见光催化性能研究采用多次磁控溅射沉积法以及热退火工艺成功制备了由Au纳米颗粒/TiO2薄膜/Au薄膜构成的复合结构，并对其光学性质以及可见光光催化性能进行了研究。结果表明：复合薄膜具有宽带吸收特性，在400-800nm可见光区域表现出远高于纯TiO2薄膜和Au纳米颗粒/TiO2复合薄膜的光吸收性能。相对应的复合结构的可见光催化性能得到了极大的提高。此外TiO2薄膜的厚度以及Au颗粒的尺寸和分布均会对结构的光学性质和光催化性能带来影响。
【作者】陈文娟；
【导师】沈明荣；董雯；
【作者基本信息】苏州大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】光催化；二氧化钛；表面等离激元；金属-半导体复合光催化剂；光催化分解水；

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