CO_2气相碳源反应溅射制备碳掺杂Ti-O薄膜成分、结构和耐蚀性能研究

【摘要】随着社会的飞速发展,引发的环境污染和能源危机问题,愈发受到人们的关注。二氧化钛是n型半导体,具有特殊的性质、成本低廉、无毒等特点,被广泛应用在废水处理、大气污染的治理、太阳能的转化、光解水制氢、自清洁玻璃及防腐等领域,有其不可替代的作用。但是光催化TiO2有两个主要的缺点：不能被可见光激发和光生电子-空穴复合率高。目前TiO2光催化剂主要利用纳米粉末,分离困难,催化剂的重复利用率不高。因此,制备能被可见光激发的、薄膜状的二氧化钛光催化剂是实现其广泛应用的必经之路。为了解决二氧化钛对可见光的吸收这一问题,可通过掺杂碳来改善可激发TiO2光催化响应的带宽。本文使用气相CO2为C源,利用磁控溅射法在室温下合成碳掺杂的Ti-O薄膜,并对薄膜的成分、结构及耐腐蚀性能性进行了研究。以O2和CO2作为反应气体,通过改变O2和CO2的通入量,在基底上制备出系列Ti-O薄膜,并利用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪、紫外-可见分光光度计、及电化学测试方法分析薄膜的成分、结构、吸光度及耐腐蚀性能。XRD结果表明利用CO2作碳源制备薄膜能促使薄膜中TiO晶相的出现。当CO2与O2共存时,将抑制TiO晶相的生成。通过对薄膜的吸收光谱的测定并通过作图法计算其带隙宽度,反应气氛对薄膜的禁带宽度是有影响的,且在反应气体中无氧气的情况下对带隙宽度影响显著。利用CO2作为碳源和氧源成功合成了C掺杂Ti-O薄膜,且掺杂的碳是以C原子取代O原子的形式存在：表面过多的碳元素主要是薄膜暴露于大气环境中表面的污染碳；只通入CO2且其通入量增加时,薄膜晶格中C的掺杂量明显减少,说明Ti原子优先与O原子结合,当CO2与O2共存时,薄膜晶格中C的掺杂量明显减少,且二价Ti离子的含量相对减少。电化学阻抗测试结果表明,薄膜样品掺碳后,碳可能起到了延长光生载流子的作用,薄膜的电子交换阻力减小,有利于表面氧化还原的发生。极化曲线测试结果虽然相差不大,但和本身的耐腐蚀性能较好的金红石相的1#样品相比,其余五组样品均有一定的耐腐蚀性能,3#样品的自腐蚀电位相对较低,腐蚀几率相对最小,腐蚀速率的快慢需要具体考察腐蚀电流密度和腐蚀速率。文章同时还研究了退火对薄膜的成分和结构的影响。我们发现,XRD和拉曼光谱的结果都表明退火后薄膜的晶相主要为锐钛矿,且结晶更充分,晶粒更细小。退火能够改善TiO2的结晶质量,减少晶体缺陷。经退火后,未退火前薄膜表面吸附的原来主要是来自污染的碳经退火后含量明显减少,且表层晶格中的Ti-C键被破坏了,而距离表面较深的晶体内部的Ti-C键仍然存在。退火后薄膜中氧原子所处的化学环境不同,表层的钛元素以四价钛离子的形式存在,表面的Ti-C键变成了Ti-O键。本论文的研究结果证明研究者设计使用C02作为碳源的方法合成碳掺杂的钛氧薄膜是可行的,而且能扩展薄膜的吸收带,提高对可见光的吸收。且只通入C02作碳源制备薄膜能促使薄膜中TiO晶相的出现,且二价Ti离子的含量相对减少,薄膜晶格中C的掺杂量随C02通入量的增加而减少；当CO2与O2共存时,将抑制TiO晶相的生成,薄膜晶格中C的掺杂量明显减少。碳的掺杂使薄膜的自腐蚀电位降低,腐蚀几率减小,耐腐蚀性能提高。
【作者】李娇；
【导师】文峰；
【作者基本信息】海南大学，材料物理与化学，2014，硕士
【关键词】碳掺杂；二氧化碳；磁控溅射；成分和结构；耐腐蚀性能；

【参考文献】
[1]王帅.基于压缩感知的语音信号压缩重构算法研究[D].中北大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[2]华莎.中国男性时尚杂志中的男性形象研究[D].西南大学,传播学,2013,硕士.
[3]王耀美.姜黄素对多发性骨髓瘤细胞系表达P53蛋白影响的研究[D].郑州大学,肿瘤学,2013,硕士.
[4]于树玲.β—环糊精聚轮烷的合成、药物负载及抗肿瘤研究[D].南京大学,2013.
[5]金福和.和氏璧化工集团聚羧酸减水剂产品竞争战略研究[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[6]李慧丽.房地产市场调查相关问题及应用研究[D].东北财经大学,统计学,2003,硕士.
[7]邬芙琼.三维视频高效深度编码技术研究[D].上海大学,信号与信息处理,2013,硕士.
[8]邓洲.铝合金电弧辅助熔丝激光焊特性研究[D].哈尔滨工业大学,材料加工工程,2013,硕士.
[9]周英.对华东地区体育教育训练学硕士研究生培养现状的调查与研究[D].苏州大学,体育教育训练学,2003,硕士.
[10]张帆.围术期输血指征评分安全性与有效性临床研究[D].遵义医学院,麻醉学,2014,硕士.
[11]黄志杰.分离体机构运动学和动力学分析[D].重庆大学,工程力学,2014,硕士.
[12]曹波.肿瘤细胞染色体着丝粒点（Cd）变异的研究[D].重庆医科大学,人体解剖与组织胚胎学,2004,硕士.
[13]王颖蛟.改扩建路堑段边坡稳定性评价及拓宽方式研究[D].长安大学,岩土工程,2014,硕士.
[14]陈少华.员工关系、信任对团队学习的作用机制研究[D].大连理工大学,企业管理,2013,硕士.
[15]段乐峥.基于HHT的供水管道泄漏检测研究[D].厦门大学,通信与信息系统,2014,硕士.
[16]王海骄.酯类聚羧酸减缩剂的研制与性能研究[D].北京建筑大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[17]董希英.青岛地区药品不良反应调查与趋势分析[D].青岛大学,药理学,2012,硕士.
[18]刘健.微腔效应影响有机电致发光器件效率滚降研究[D].吉林大学,微电子与固体电子学,2013,硕士.
[19]巨海娟.光纤受激布里渊散射慢光时间延迟管控技术研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所）,光学,2013,硕士.
[20]张艳侠.城市大遗址建设控制区土地利用效益评价研究[D].西北大学,人文地理学,2013,硕士.
[21]梅力.超宽带信号在光纤通信系统中传输的研究[D].华中科技大学,光学工程,2013,硕士.
[22]苏小梅.论预警原则及其在WTO法律中的具体适用[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[23]金巍.移动电信业中数据挖掘的应用——吉林移动流失预测模型的实施[D].吉林大学,2004.
[24]胡震.HCCS－3线材单捆计重秤通过鉴定[J].冶金自动化,1995,04:31.
[25]黄淑芬.开放经济下贸易条件对中国通货膨胀的影响效应研究[D].华中师范大学,世界经济,2014,硕士.
[26]黄海燕.污染环境罪与投放危险物质罪的区分[D].西南政法大学,刑法学（专业学位）,2012,硕士.
[27]周小佩.基于平行推理机制的隐式篇章关系检测研究[D].苏州大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[28]蔡胜.2K-V型减速机传动精度的理论分析与试验研究[D].天津职业技术师范大学,机械制造及其自动化,2013,硕士.
[29]余文,Ｍ．ＤｅｌａＳｅｎ,柴天佑.具有任意非线性输入的鲁棒模型参考自适应控制[J].自动化学报,1997,01:26-31.
[30]宋娜.甲状腺功能减退与妊娠期高血压疾病关系探讨[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[31]张佳.中国电子货币对通货膨胀影响的研究[D].北京交通大学,2014.
[32]李娜.石墨烯取代硅,前景预测被批乐观[J].科技导报,2011,16:9.
[33]蔡亮亮.龙须藤多糖提取纯化及其对软骨细胞活性的影响[D].福建中医药大学,药物分析学,2013,硕士.
[34]丁国琳.汉语言（对外）专业日韩本科生学习需求调查研究[D].复旦大学,汉语国际教育,2012,硕士.
[35]王婷婷.农民参加新型农村社会养老保险进程及影响因素分析[D].山东大学,工业工程（专业学位）,2012,硕士.
[36]邓猛.激光熔凝仿生耦合灰铸铁导轨的耐磨性研究[D].太原科技大学,机械制造及其自动化,2014,硕士.
[37]郭曲红.品牌传播策略研究[D].江西财经大学,传播学,2013,硕士.
[38]戴磊.间充质干细胞~(TRAIL)双重靶向治疗胰腺癌的在体实验研究[D].宁波大学,外科学,2014,硕士.
[39]徐汪华.不同形貌纳米粒子的微乳法制备及形成机理的探讨[D].安徽大学,无机化学,2004,硕士.
[40]邓姣艳.电动公交再生制动储能系统研究[D].西南交通大学,电力电子与电力传动,2014,硕士.
[41]何亮,史永哲,刘加.联合因子分析中的本征信道空间拼接方法[J].自动化学报,2011,07:849-856.
[42]蔡亨光.基于聚类的信息隐藏策略和交互式隐藏方法[D].福州大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[43]朱英刚.从炼厂气中分离乙烯和丙烯的吸附剂研究[D].河北工业大学,化学工艺,2004,硕士.
[44]黄其志.农业产业化视角中瑞安市农民专业合作社的发展研究[D].南京农业大学,农村与区域发展,2013,硕士.
[45]齐卓砾.电子商务环境下中小企业ERP的模式与应用研究[D].吉林大学,2004.
[46]徐超.外压无折边斜锥壳容器临界压力计算方法的研究[D].浙江工业大学,流体机械及工程,2012,硕士.
[47]崔永聪.高校学生社团思想政治教育功能研究[D].中国海洋大学,思想政治教育,2014,硕士.
[48]唐燕.基于工业酒精酵母胞内氧化还原平衡的甘油分解表达策略[D].江南大学,微生物学,2012,硕士.
[49]许毕峰,冯少荣,薛永生,刘笑锋,翁伟.一种有效的增量聚类算法[J].计算机科学,2004,11:93-96.
[50]岳美美.基于心理契约的80后知识型员工激励策略研究[D].北京化工大学,企业管理,2013,硕士.