一种Ag、N共掺杂TiO2纳米薄膜的制备方法及其纳米薄膜的应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于二氧化钛光催化技术领域，具体涉及一种Ag、N共掺杂1102纳米薄膜 的制备方法及其纳米薄膜的应用。
【背景技术】
[0002] 二氧化钛（TiO2)具有化学性稳定、高折射率、低成本和无毒等优良特性，被认为是 最有实用前景的光催化材料。但是由于11〇 2的宽禁带、光生电荷复合率高等缺点，限制了 其应用。同时，现在常用的1102粉体等光催化材料存在难回收、易团聚、二次污染、成本高 等问题。因此，开发具有高效可见光响应、光生电荷复合率的TiCV薄膜光催化材料成为当 前材料工作者研宄的重要任务。
[0003] TiO2的禁带宽度（Eg = 3. 0~3. 2eV)，只有在紫外光照射下才显示光催化活性， 通过改性使1102在可见光区具有光催化活性已成为研宄重点。金属、非金属掺杂TiO 2是改 性重要方法之一，可有效降低光生电子和空穴的复合几率，增强对可见光的吸收，提高其对 太阳光的利用率，进而提高110 2的光催化活性。
[0004] 当前，常用掺杂1102材料制备方法是浸渍法、溶胶凝胶法、水热法、离子掺杂法等， 如中国专利CN 102219179 A、CN 102407105 A等。但是，这几类制备方法存在制备工艺复 杂，工艺不容易控制，重复性不好等不足。
[0005] 中国专利CN 101591769 A公开了"一种制备碳氮含量比例可调的共掺杂纳米二 氧化钛薄膜的方法"，该方法采用了反应磁控溅射镀膜方法，制备出C、N成分可调的TiCN薄 膜，然后采用通常的热氧化方法处理TICN薄膜，制备得碳氮共掺杂纳米二氧化钛薄膜。该 发明制备改性TiO 2材料的方法与浸渍法、溶胶凝胶法、水热法、离子掺杂法等方法相比，虽 然该制备工艺得到了较大的改进，但是C、N和TiO 2纳米颗粒不具备协同效应，因而TiO 2纳 米颗粒的带隙并未降低，光生电子转移差，其光催化性能不高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是解决现有制备二氧化钛薄膜的方法存在的制备工艺复杂、工艺不 容易控制、重复性不好和光催化性能不高的技术问题，提供一种制备工艺简单且具有较高 光催化活性的Ag、N共掺杂110 2纳米薄膜的制备方法及其纳米薄膜的应用。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0008] -种Ag、N共掺杂TiO2纳米薄膜的制备方法，其包括如下步骤：
[0009] (1)玻璃衬底先依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗5~30min，吹干备用；
[0010] ⑵将玻璃衬底放入溅射室内的样品台上，抽真空到SXKT4Pa以下，通入氩气，溅 射室内的反应压强上升至3. 2~4. 3Pa，预溅射Ag靶2~5min以除去靶材表面的氧化物；
[0011] (3)在溅射室内继续通入氩气，使溅射室内的反应压强保持在3. 2~4. 3Pa，然后 玻璃衬底上制备单层Ag薄膜，所述玻璃衬底不加温，所述Ag靶和所述玻璃衬底之间的距离 为40~60mm，溅射过程中氩气的流量为20~30sccm，Ag靶溅射功率为60W，溅射0. 5~ 4min，得到单层Ag薄膜；
[0012] (4)Ag靶溅射后，在溅射室内通入体积比为1:1的氩气和氮气混合气，混合气的流 量为25~40sccm，溅射室内的反应压强保持在3. 2~4. 3Pa，然后使用TiO2靶射频磁控溅 射，TiO2靶溅射功率为100W，使其溅射到步骤⑶所制得的单层Ag薄膜上，所述TiO 2革巴和 所述带有单层Ag薄膜的玻璃衬底之间的距离为30~40mm，所述带有单层Ag薄膜的玻璃衬 底不加温，溅射4~6min，从而制得Ag和N掺杂TiO 2双层薄膜；
[0013] (5)将溅射得到的Ag和N掺杂TiO2双层薄膜在400°C~500°C下退火2~4h得 到厚度为100~380nm的Ag、N共掺杂TiO 2单层薄膜。
[0014] 进一步地，所述步骤（5)中退火处理的升温速率为以2~5°C /min。
[0015] -种由上述制备方法所制备的Ag、N共掺杂TiO2纳米单层薄膜应用于液相染料的 光催化降解。
[0016] 本发明具有如下优点：利用本发明所述制备方法制备的Ag、N共掺杂TiO2纳米单 层薄膜，Ag纳米颗粒均勾地分散在N-TiO 2薄膜中，由于Ag、N、TiO 2纳米颗粒的协同效应和 表面等离子体共振效应，极大地减少了 TiO2的带隙，有助于光吸收向可见光区转移，并且有 效的促进了光生电荷转移，进而改进了 1102纳米薄膜的光催化性能。此外，Ag纳米颗粒促 进了有效的界面电荷转移，从而减少了 TiO2中光生电子和空穴的复合，同样也提高了 Ag和 N共掺杂TiO2单层薄膜的光催化性能。
【具体实施方式】
[0017] 下面通过实施例对本发明方法做进一步的阐述。以下所有实施例中， seem (Standard Cubic Centimeter per Minute)为体积流量单位，表不每分钟标准毫升。 需要指出的是，以下实施例只是为了使本领域的技术人员能够更好的理解本发明，但并不 是对本发明作任何限制。
[0018] 实施例1。
[0019] 实验原料与试剂：99. 99 %纯度的Ag靶、1102靶、实验衬底普通玻璃 (20mmX20mm);丙酮（化学纯）、乙醇（化学纯）和去离子水。
[0020] 采用中科院沈阳科仪研制中心有限公司研制的JGP5601型磁控溅射仪通过磁控 溅射法进行薄膜制备。具体制备方法与步骤为：
[0021] (1)玻璃衬底使用前依次在丙酮、乙醇和去离子水中超声清洗5~30min，吹干备 用；
[0022] (2)将玻璃衬底放入溅射室内的样品台上，抽真空到SXKT4Pa以下，通入氩气，溅 射室内的反应压强上升至3. 2~4. 3Pa，预溅射Ag靶2~5min以除去靶材表面的氧化物；
[0023] (3)在溅射室内继续通入氩气，使溅射室内的反应压强保持在3. 2~4. 3Pa，然后 在玻璃衬底上制备单层Ag薄膜，所述玻璃衬底不加温，所述Ag靶和所述玻璃衬底之间的距 离为40mm，溅射过程中氩气的流量为20~30sccm，Ag靶溅射功率为60W，溅射0. 5min，得 到厚度为20nm的单层Ag薄膜；
[0024] ⑷Ag靶溅射后，在溅射室内通入体积比为1:1的氩气和氮气混合气，混合气的流 量为25~40sccm，溅射室内的反应压强保持在3. 2~4. 3Pa，然后使用TiO2靶射频磁控溅 射，TiO2靶溅射功率为100W，使其溅射到步骤⑶所制得的单层Ag薄膜上，所述TiO2革巴和 所述带有单层Ag薄膜的玻璃衬底之间的距离为30_，所述带有单层Ag薄膜的玻璃衬底不 加温，溅射4min，从而制