总气压与Ar/O2流量比对直流对向靶磁控溅射TiO2薄膜光催化性能的影响

陈芃 ,  谭欣 ,  于涛

引用本文: 陈芃, 谭欣, 于涛. 总气压与Ar/O2流量比对直流对向靶磁控溅射TiO2薄膜光催化性能的影响[J]. 物理化学学报, doi: 10.3866/PKU.WHXB201207061 shu
Citation:  CHEN Peng, TAN Xin, YU Tao. Effects of Total Pressure and Ar/O2 Flow Ratios on Photocatalytic Properties of TiO2 Thin Films Deposited by Direct Current Facing-Target Magnetron Sputtering[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, doi: 10.3866/PKU.WHXB201207061 shu

总气压与Ar/O2流量比对直流对向靶磁控溅射TiO2薄膜光催化性能的影响

  • 基金项目:

    国家重点基础研究发展规划项目(973) (2012CB720100) (973) (2012CB720100)

    国家自然科学基金(20973124)资助 (20973124)

摘要:

采用对向靶磁控溅射法在不同气压和Ar/O2流量比条件下, 以氟化SnO2 (FTO)导电玻璃为基底制备了多晶TiO2薄膜. 台阶仪测量结果显示所制备TiO2薄膜的平均厚度约为200 nm. 随着溅射气压的升高, TiO2薄膜由锐钛矿与金红石混晶结构转变为纯锐钛矿结构. 分别采用场发射扫描电镜(FESEM)和原子力显微镜(AFM)分析了不同气压和Ar/O2流量比对TiO2薄膜表面形貌的影响, 结果显示TiO2薄膜的表面粗糙度随溅射总气压和Ar/O2流量比的增加而增大. 以初始浓度为100×10-6 (体积分数)的异丙醇(IPA)气体为目标物检测所制备TiO2薄膜的光催化性能, 并分析该气相光催化反应的机理, 在紫外照射条件下异丙醇先氧化为丙酮再被氧化为CO2.当总溅射气压为2.0 Pa、Ar/O2流量比为1:1时, 溅射所得TiO2薄膜具备最优光催化活性并可在IPA降解反应中保持较高的催化活性和稳定性.

English

    1. [1]

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

      (1) Fujishima, A.; Honda, K. Nature 1972, 238, 37. doi: 10.1038/238037a0

    2. [2]

      (2) Tung,W. S.; Daoud,W. A. J. Mater. Chem. 2011, 21, 7858. doi: 10.1039/c0jm03856c(2) Tung,W. S.; Daoud,W. A. J. Mater. Chem. 2011, 21, 7858. doi: 10.1039/c0jm03856c

    3. [3]

      (3) Mohapatra, S. K.; Misra, M.; Mahajan, V. K.; Raja, K. S.J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8677. doi: 10.1021/jp071906v(3) Mohapatra, S. K.; Misra, M.; Mahajan, V. K.; Raja, K. S.J. Phys. Chem. C 2007, 111, 8677. doi: 10.1021/jp071906v

    4. [4]

      (4) Tong, H.; Ouyang, S. X.; Bi, Y. P.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.;Ye, J. H. Adv. Mater. 2012, 24, 229. doi: 10.1002/adma.201102752(4) Tong, H.; Ouyang, S. X.; Bi, Y. P.; Umezawa, N.; Oshikiri, M.;Ye, J. H. Adv. Mater. 2012, 24, 229. doi: 10.1002/adma.201102752

    5. [5]

      (5) Chandiran, A. K.; Sauvage, F.; Etgar, L.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9232. doi: 10.1021/jp1121068(5) Chandiran, A. K.; Sauvage, F.; Etgar, L.; Grätzel, M. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 9232. doi: 10.1021/jp1121068

    6. [6]

      (6) Park, K. H.; Dhayal, M. Electrochem. Commun. 2009, 11, 75.doi: 10.1016/j.elecom.2008.10.020(6) Park, K. H.; Dhayal, M. Electrochem. Commun. 2009, 11, 75.doi: 10.1016/j.elecom.2008.10.020

    7. [7]

      (7) Liu, Z. Y.; Zhang, X. T.; Nishimoto, S.; Murakami, T.;Fujishima, A. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 8547. doi: 10.1021/es8016842(7) Liu, Z. Y.; Zhang, X. T.; Nishimoto, S.; Murakami, T.;Fujishima, A. Environ. Sci. Technol. 2008, 42, 8547. doi: 10.1021/es8016842

    8. [8]

      (8) Jing, Y.; Li, L. S.; Zhang, Q. Y.; Lu, P.; Liu, P. H.; Lu, X. H.J. Hazard. Mater. 2011, 189, 40. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.132(8) Jing, Y.; Li, L. S.; Zhang, Q. Y.; Lu, P.; Liu, P. H.; Lu, X. H.J. Hazard. Mater. 2011, 189, 40. doi: 10.1016/j.jhazmat.2011.01.132

    9. [9]

      (9) Chong, M. N.; Jin, B.; Chow, C.W. K.; Saint, C. Water Res.2010, 44, 2997. doi: 10.1016/j.watres.2010.02.039(9) Chong, M. N.; Jin, B.; Chow, C.W. K.; Saint, C. Water Res.2010, 44, 2997. doi: 10.1016/j.watres.2010.02.039

    10. [10]

      (10) Yu, Z. Y.; Mielczarski, E.; Mielczarski, J.; Laub, D.; Buffat, P.;Klehm, U.; Albers, P.; Lee, K.; Kulik, A.; Kiwi-Minsker, L.;Renken, A.; Kiwi, J. Water Res. 2007, 41, 862 doi: 10.1016/j.watres.2006.11.020(10) Yu, Z. Y.; Mielczarski, E.; Mielczarski, J.; Laub, D.; Buffat, P.;Klehm, U.; Albers, P.; Lee, K.; Kulik, A.; Kiwi-Minsker, L.;Renken, A.; Kiwi, J. Water Res. 2007, 41, 862 doi: 10.1016/j.watres.2006.11.020

    11. [11]

      (11) Fateh, R.; Ismail, A. A.; Dillert, R.; Bahnemann, D.W. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10405. doi: 10.1021/jp200892z(11) Fateh, R.; Ismail, A. A.; Dillert, R.; Bahnemann, D.W. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 10405. doi: 10.1021/jp200892z

    12. [12]

      (12) Ismail, A. A.; Bahnemann, D.W. ChemSusChem 2010, 3 (9),1057. doi: 10.1002/cssc.201000158(12) Ismail, A. A.; Bahnemann, D.W. ChemSusChem 2010, 3 (9),1057. doi: 10.1002/cssc.201000158

    13. [13]

      (13) Yu, Z. Y.; Keppner, H.; Laub, D.; Mielczarski, E.; Mielczarski,J.; Kiwi-Minsker, L.; Renken, A.; Kiwi, J. Appl. Catal. B-Environ. 2008, 79, 63. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.10.006(13) Yu, Z. Y.; Keppner, H.; Laub, D.; Mielczarski, E.; Mielczarski,J.; Kiwi-Minsker, L.; Renken, A.; Kiwi, J. Appl. Catal. B-Environ. 2008, 79, 63. doi: 10.1016/j.apcatb.2007.10.006

    14. [14]

      (14) Choi, J.; Park, H.; Hoffmann, M. R. J. Mater. Res. 2010, 25,149. doi: 10.1557/JMR.2010.0024(14) Choi, J.; Park, H.; Hoffmann, M. R. J. Mater. Res. 2010, 25,149. doi: 10.1557/JMR.2010.0024

    15. [15]

      (15) Kuo, C. S.; Tseng, Y. H.; Huang, C. H.; Li, Y. Y. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007, 270, 93. doi: 10.1016/j.molcata.2007.01.031(15) Kuo, C. S.; Tseng, Y. H.; Huang, C. H.; Li, Y. Y. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007, 270, 93. doi: 10.1016/j.molcata.2007.01.031

    16. [16]

      (16) Xiao, L. X.; Duan, L. Q.; Chai, J. Y.;Wang, Y.; Chen, Z. J.; Qu,B.; ng, Q. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 749. [肖立新, 段来强, 柴俊一, 王芸, 陈志坚, 曲波, 龚旗煌. 物理化学学报, 2011, 27, 749.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110310(16) Xiao, L. X.; Duan, L. Q.; Chai, J. Y.;Wang, Y.; Chen, Z. J.; Qu,B.; ng, Q. H. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 749. [肖立新, 段来强, 柴俊一, 王芸, 陈志坚, 曲波, 龚旗煌. 物理化学学报, 2011, 27, 749.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110310

    17. [17]

      (17) Chen, D. Y.; Tsao, C. C.; Hsu, C. Y. Curr. Appl. Phys. 2012, 12,179. doi: 10.1016/j.cap.2011.05.027(17) Chen, D. Y.; Tsao, C. C.; Hsu, C. Y. Curr. Appl. Phys. 2012, 12,179. doi: 10.1016/j.cap.2011.05.027

    18. [18]

      (18) Anpo, M. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2004, 77, 1427. doi: 10.1246/bcsj.77.1427(18) Anpo, M. Bull. Chem. Soc. Jpn. 2004, 77, 1427. doi: 10.1246/bcsj.77.1427

    19. [19]

      (19) Matsuoka, M.; Kitano, M.; Takeuchi, M.; Tsujimaru, K.; Anpo,M.; Thomas, J. M. Catal. Today 2007, 122, 51. doi: 10.1016/j.cattod.2007.01.042(19) Matsuoka, M.; Kitano, M.; Takeuchi, M.; Tsujimaru, K.; Anpo,M.; Thomas, J. M. Catal. Today 2007, 122, 51. doi: 10.1016/j.cattod.2007.01.042

    20. [20]

      (20) Shen, J.;Wo, S. T.; Cui, X. L.; Cai, Z.W.; Yang, X. L.; Zhang,Z. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20, 1191. [沈杰, 沃松涛,崔晓莉, 蔡臻炜, 杨锡良, 章壮健. 物理化学学报, 2004, 20,1191.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20041005(20) Shen, J.;Wo, S. T.; Cui, X. L.; Cai, Z.W.; Yang, X. L.; Zhang,Z. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2004, 20, 1191. [沈杰, 沃松涛,崔晓莉, 蔡臻炜, 杨锡良, 章壮健. 物理化学学报, 2004, 20,1191.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20041005

    21. [21]

      (21) Bai, H. L.; Jiang, E. Y.;Wu, P.; Lou, Z. D. Chin. Sci. Bull. 1999,17, 1057.(21) Bai, H. L.; Jiang, E. Y.;Wu, P.; Lou, Z. D. Chin. Sci. Bull. 1999,17, 1057.

    22. [22]

      (22) Chen, P.; Tan, X.; Yu, T. Journal of Tianjin University 2012, inpress. [陈芃, 谭欣, 于涛. 天津大学学报, 2012, 印刷中.](22) Chen, P.; Tan, X.; Yu, T. Journal of Tianjin University 2012, inpress. [陈芃, 谭欣, 于涛. 天津大学学报, 2012, 印刷中.]

    23. [23]

      (23) Zhang,W. J.; Li, Y.; Zhu, S. L.;Wang, F. H. Surf. Coat. Tech.2004, 182, 192. doi: 10.1016/j.surfcoat.2003.08.050(23) Zhang,W. J.; Li, Y.; Zhu, S. L.;Wang, F. H. Surf. Coat. Tech.2004, 182, 192. doi: 10.1016/j.surfcoat.2003.08.050

    24. [24]

      (24) Ikeda, K.; Sakai, H.; Baba, R.; Hashimoto, K.; Fujishima, A.J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2617. doi: 10.1021/jp9627281(24) Ikeda, K.; Sakai, H.; Baba, R.; Hashimoto, K.; Fujishima, A.J. Phys. Chem. B 1997, 101, 2617. doi: 10.1021/jp9627281

    25. [25]

      (25) Ohko, K.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. J. Phys. Chem. A 1997,101, 8057. doi: 10.1021/jp972002k(25) Ohko, K.; Hashimoto, K.; Fujishima, A. J. Phys. Chem. A 1997,101, 8057. doi: 10.1021/jp972002k

    26. [26]

      (26) Pihosh, Y.; Turkevych, I.; Ye, J. H.; to, M.; Kasahara, A.;Kondo, M.; Tosa, M. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, K160.(26) Pihosh, Y.; Turkevych, I.; Ye, J. H.; to, M.; Kasahara, A.;Kondo, M.; Tosa, M. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, K160.

    27. [27]

      (27) Li, G. H.; Chen, L.; Graham, M. E.; Gray, K. A. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007, 275, 30. doi: 10.1016/j.molcata.2007.05.017(27) Li, G. H.; Chen, L.; Graham, M. E.; Gray, K. A. J. Mol. Catal. A: Chem. 2007, 275, 30. doi: 10.1016/j.molcata.2007.05.017

    28. [28]

      (28) Cao, Y. Q.; Long, H. J.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1088. [曹永强, 龙绘锦, 陈咏梅,曹亚安. 物理化学学报, 2009, 25, 1088.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090619(28) Cao, Y. Q.; Long, H. J.; Chen, Y. M.; Cao, Y. A. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 1088. [曹永强, 龙绘锦, 陈咏梅,曹亚安. 物理化学学报, 2009, 25, 1088.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20090619

    29. [29]

      (29) Kako, T.; Ye, J. H. Langmuir 2007, 23, 1924. doi: 10.1021/la062903x

      (29) Kako, T.; Ye, J. H. Langmuir 2007, 23, 1924. doi: 10.1021/la062903x

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  841
  • 文章访问数:  2619
  • HTML全文浏览量:  103
文章相关
  • 发布日期:  2012-08-02
  • 收稿日期:  2012-03-30
  • 网络出版日期:  2012-07-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章