一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合薄膜制备的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合 薄膜制备的方法。
【背景技术】
[0002] 能源和环境问题是困扰人类发展亟待解决的两个重大问题。二氧化钛作为一种半 导体光催化剂具有无毒、催化活性高、价廉、无二次污染、性能稳定的优点，在污染物降解、 光催化分解水制氢等领域有广泛的应用前景。
[0003] 二氧化钛具有较大禁带宽度，锐钛矿相为3. 2eV、金红石相为3. OeV，只能利用太 阳光中约占5%的388nm和414nm波长以下的紫外光，严重限制了对太阳光的利用率，如何 提高该体系对可见光的响应、更充分利用太阳光是二氧化钛半导体光催化技术研宄的中心 问题，也是二氧化钛实用化过程中必须解决的关键问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合薄膜制备的方法。
[0005] 为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
[0006] 一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合薄膜制备的方法，包括以下步骤：
[0007] (1)用电子束蒸发沉积法在基片上沉积钛纳米棒薄膜；
[0008] (2)将制备好的钛纳米棒薄膜在空气中进行退火处理得到二氧化钛薄膜；
[0009] (3)通过连续离子层吸附反应法将硫化银纳米颗粒沉积到二氧化钛薄膜上得到复 合薄膜。
[0010] 步骤（1)中所述纳米棒薄膜的厚度为100_200nm。
[0011] 步骤（3)中所述连续离子层吸附反应法为：将二氧化钛薄膜分别浸入0. 05?0. IM AgNO3溶液、去离子水、0. 05?0. IM Na2S溶液、去离子水中各30秒?1分钟，以上操作为一 个反应循环，循环数越多，硫化银沉积量越多。
[0012] 本发明的有益效果是通过窄带隙半导体硫化银复合的方法，得到对可见光响应的 二氧化钛光催化体系，有利于增强复合薄膜对可见光的响应，提高可见光的利用率，并实现 载流子的有效分离。该方法简单、快速、成本低、可调控性好。利用窄带隙半导体复合的方法 可以提尚>氧化钦光催化薄I旲对可见光的响应，提尚光催化性能。硫化银的带隙为I. OeV， 价带上的电子能够被可见光激发至导带，且硫化银导带高于二氧化钛的导带，因而电子能 够注入二氧化钛的导带，空穴则停留在硫化银的价带，实现电子、空穴的有效分离，提高光 催化活性。
【附图说明】
[0013] 图1为倾斜生长示意图。
[0014] 图2为Ag2S/TiO#系的微观形貌SEM图像；放大倍数为X 100000,（a)、（b)、（c)、 (d)分别为TiCV薄膜、沉积了 15、25、35个循环Ag 2S的TiCV薄膜样品，分别对应实施例1、 2、3〇
[0015] 图3为不同样品光催化降解过程中甲基橙溶液的降解率变化。
【具体实施方式】
[0016] 本发明是利用电子束蒸发沉积的方法，在硅基底或石英基底上沉积得到结构均匀 的钛纳米棒薄膜，将这种薄膜在空气下经过特定温度、时间的退火处理，得到二氧化钛纳米 棒薄膜，再通过"连续离子层吸附反应法"得到二氧化钛/硫化银复合薄膜。
[0017] 下面将以实施例对本发明予以具体说明。下述实施例是说明性的，不是限定性的， 不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
[0018] 实施例1
[0019] (1)将硅基底或石英基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
[0020] (2)将预处理过的基底固定在电子束蒸发沉积的样品台上，如图1所示。
[0021] (3)以钛为靶材，将电子束蒸发沉积镀膜机腔室抽至2. 7X KT6Pa的高真空；
[0022] (4)调整靶材与样品台的角度，使蒸发束流方向与基片法线方向呈85°，样品台 以IOrpm的速率旋转，沉积速率7.51/s，在基底上生长约IOOnm厚的钛纳米棒薄膜；
[0023] (5)将制备好的钛纳米棒薄膜在723K退火120min，得到二氧化钛薄膜；
[0024] (6)将二氧化钛薄膜分别浸入0. 05M AgNO3溶液、去离子水、0. 05M Na2S溶液、去离 子水中各30秒，以上操作为一个反应循环，重复操作15次，得到二氧化钛/硫化银复合薄 膜，在60min的可见光催化降解甲基橙（10μπι 〇1/υ实验中，催化降解率约为二氧化钛薄膜 的7. 9Χ IO2倍。降解率效果图见图3。
[0025] 实施例2
[0026] (1)将硅基底或石英基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
[0027] (2)将预处理过的基底固定在电子束蒸发沉积的样品台上；
[0028] (3)以钛为靶材，将电子束蒸发沉积镀膜机腔室抽至2. 7Χ KT6Pa的高真空；
[0029] (4)调整靶材与样品台的角度，使蒸发束流方向与基片法线方向呈85°，样品台 以IOrpm的速率旋转，沉积速率7.5A/S，在基底上生长约150nm厚的钛纳米棒薄膜；
[0030] (5)将制备好的钛纳米棒薄膜在723K退火120min，得到二氧化钛薄膜；
[0031] (6)将二氧化钛薄膜分别浸入0. 05M六8勵3溶液、去离子水、0. 05M Na2S溶液、去离 子水中各30秒，以上操作为一个反应循环，重复操作25次，得到二氧化钛/硫化银复合薄 膜，在60min的可见光催化降解甲基橙（10μπι 〇1/υ实验中，催化降解率约为二氧化钛薄膜 的3. 2Χ IO3倍。降解率效果图见图3。
[0032] 实施例3
[0033] (1)将硅基底或石英基底用丙酮、酒精、去离子水逐一超声清洗并晾干；
[0034] (2)将预处理过的基底固定在电子束蒸发沉积的样品台上；
[0035] (3)以钛为靶材，将电子束蒸发沉积镀膜机腔室抽至2. 7Χ KT6Pa的高真空；
[0036] (4)调整靶材与样品台的角度，使蒸发束流方向与基片法线方向呈85°，样品台 以IOrpm的速率旋转，沉积速率7.5A/S,在基底上生长约200nm厚的钛纳米棒薄膜；
[0037] (5)将制备好的钛纳米棒薄膜在723K退火120min，得到二氧化钛薄膜；
[0038] (6)将二氧化钛薄膜分别浸入0. 05M AgNO3溶液、去离子水、0. 05M Na2S溶液、去离 子水中各30秒，以上操作为一个反应循环，重复操作35次，得到二氧化钛/硫化银复合薄 膜，在60min的可见光催化降解甲基橙（10μπι 〇1/υ实验中，催化降解率约为二氧化钛薄膜 的6. 8X IO2倍。降解率效果图见图3。
【主权项】
1. 一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合薄膜制备的方法，其特征在于，包括以下 步骤： (1) 用电子束蒸发沉积法在基片上沉积钛纳米棒薄膜； (2) 将制备好的钛纳米棒薄膜在空气中进行退火处理得到二氧化钛薄膜； (3) 通过连续离子层吸附反应法将硫化银纳米颗粒沉积到二氧化钛薄膜上得到复合薄 膜。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1)中所述纳米棒薄膜的厚度为 100_200nm〇
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3)中所述连续离子层吸附反应法 为：将二氧化钛薄膜分别浸入〇. 05?0. 1M AgN03溶液、去离子水、0. 05?0. 1M Na2S溶液、 去离子水中各30秒?1分钟，以上操作为一个反应循环，循环数越多，硫化银沉积量越多。
【专利摘要】本发明公开了本发明属于半导体技术领域的一种可见光响应的二氧化钛/硫化银复合薄膜制备的方法。该方法采用电子束蒸发沉积的办法在基底上沉积钛纳米棒薄膜，将这种薄膜在空气下经过特定温度、时间的退火处理，可以得到二氧化钛纳米棒薄膜，再通过“连续离子层吸附反应法”得到二氧化钛/硫化银复合薄膜。复合薄膜有较好的一维分立纳米棒形态，硫化银的量可以通过反应循环数较好地控制，其可见光响应特性及光催化性能也呈现出规律性变化，该制备方法操作简单，快速，成本低，可控性强，在可见光条件下催化分解水制备氢气和降解有机污染物等能源、环境领域都有着良好的应用前景。
【IPC分类】B01J27-04
【公开号】CN104525221
【申请号】CN201410811776
【发明人】李正操, 熊珊
【申请人】清华大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月22日