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钴掺杂TiO2纳米管阵列薄膜的制备及其光催化还原性能

604 编辑：中冶有色网来源：王世琦,霍文燚,徐正超,张旭海,周雪峰,方峰

2024-04-09 15:14:50

自Fujishima[1]等发现TiO2电极光催化分解水以来，基于半导体的多相光催化技术在能源、环境治理和材料合成等方面的应用备受关注[2] 在半导体光催化材料中，TiO2具有良好的抗腐蚀性、稳定性和无毒等特性，在环境治理、分解水制氢和太阳能光敏电池等领域得到了广泛的应用[3] 但是，TiO2因禁带宽度较大而只能响应紫外光且量子效率较低，使其光催化效率较低[3] 元素(N[4]、Fe[5]、Co[6]等)掺杂、贵金属修饰(Au[7]、Ag[8]、Pd[9]等)、半导体复合[10]和表面敏化[11]等改性方法可提高TiO2对可见光的响应和光催化活性同时，TiO2的形貌结构也影响其性能垂直于基底的TiO2纳米管阵列对入射光的散射可提高光的吸收效率和利用效率[12]，其一维纳米管状结构也能促进光生电子和空穴的分离[13] 因此，改性TiO2纳米管阵列薄膜在催化方面的应用受到了极大的关注 TiO2受光激发时产生的光生空穴具有强氧化性能，可将水体中的有机物矿化为水和无机离子[14] 同时，受光激发产生具有还原性的光生电子可将高价态的有害重金属离子还原为毒性较低的低价态重金属离子[15]，为处理重金属离子废水提供了可行性与工业上常用的吸附法、膜分离法以及化学沉淀法等方法相比[12]，光催化还原法有低能耗、低成本、无二次污染等优点，是一种高效、适用范围广且环境友好的重金属废水处理方法[16] 但是，目前对光催化还原重金属离子的研究主要集中在粉体材料，而粉体材料不易回收且可能产生二次污染[12] 本文用磁控溅射法在ITO玻璃上制备钴掺杂TiO2纳米管阵列薄膜，研究Co含量对TiO2纳米管阵列薄膜组织、结构及光催化还原性能的影响 1 实验方法1.1 样品的制备采用JGP450A2型高真空磁控溅射系统，使用拼靶方法进行磁控溅射溅射镀膜前将ITO玻璃在丙酮、无水乙醇、去离子水中分别超声15 min，在ITO玻璃基底上制备Ti-Co合金薄膜实验参数列于表1 以Ti-Co合金薄膜为阳极、铂片电极为阴极，在0.3%NH4F/乙二醇+3%vol水电解液体系中[5]施加30 V电压进行阳极氧化2 h，制备钴掺杂TiO2纳米管阵列薄膜将阳极氧化后的样品放在乙二醇中超声5 min,用去离子水冲洗后用压缩氮气吹干，最后将其在500℃管式炉((OTF-1200X型))空气气氛中退火

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