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ChmistryCHEN

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[交流] 氮掺杂TiO2薄膜应用于光催化领域研究取得进展（转载）已有2人参与

氮掺杂TiO2薄膜应用于光催化领域研究取得进展

光催化是指利用半导体吸收太阳能并将其转化成化学能的特性来降解有机物，这种方式效率高且不会造成二次污染，是环境治理的新方向，引起了研究者们巨大的研究热情。过渡金属氧化物TiO2具有无毒无害、催化效率高，稳定性好，成本低廉等优点，是一种较为理想的光催化剂材料，具有巨大的应用前景，因而引起了研究者的巨大兴趣。通常，纯的TiO2材料具有较大的禁带宽度（锐钛矿为3.2 eV），使其仅在紫外光下有较高的的吸光度，但对可见光的吸收效率较低，严重影响了对太阳能的利用。多项研究表明，非金属掺杂，特别是N掺杂，可以有效地改善TiO2在可见区的光吸收，同时不改变其在紫外区的光吸收效率。但传统的掺杂方法制备的N掺杂TiO2薄膜，其N掺杂量均较低（TiO2-xNx中，x<0.04），且制备的TiO2薄膜多以热稳定性较差的间隙型N掺杂为主。

武汉大学物理科学与技术学院材料物理系潘春旭教授研究组，近几年在国家重大科学研究计划“973”项目的资助下，从事TiO2光催化研究。最近，该课题组利用基于离子渗氮的微弧氧化技术，即首先将Ti基体进行离子渗氮处理，再用微弧氧化技术，在其表面成功制备了高含量、取代型N掺杂TiO2光催化薄膜 [J. Am. Ceram. Soc., DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04692.x]。与利用传统方法制备的TiO2-xNx薄膜相比，该方法首先利用离子渗氮在Ti基体表面制备出TiNx层，再利用微弧氧化过程中极快速的氧化过程，将TiNx层氧化。由于微弧氧化过程中，极其快速的微弧放电特征，将TiNx氧化成TiO2薄膜的同时，保留了大部分Ti-N键，从而制备出以取代型N掺杂为主的TiO2-xNx薄膜，且氮含量(x)高达0.11，该TiO2-xNx薄膜的紫外-可见漫反射谱显示了明显的红移，禁带宽度减小到2.6 eV，具有更高的光生载流子浓度和更强的光催化活性。

该报道为制备高掺杂含量掺杂TiO2薄膜提供了一种新方法。工作发表在 [J. Am. Ceram. Soc., DOI: 10.1111/j.1551-2916.2011.04692.x]，得到审稿人和编辑的高度评价。

日前，美国著名科技媒体《VerticalNews》则以“Investigators at Wuhan University Publish New Data on Photocatalytics”为题，撰文对该项研究成果进行了报道。

（http://nanotechnology.verticalnews.com/articles/5947287.html）

这项工作得到了国家重大科学研究计划“973”项目的资助。

文章连接：

1、http://onlinelibrary.wiley.com/d ... 16.2011.04692.x/pdf
图1 离子渗氮后的TiNx截面形貌 (a) SEM形貌；(b) 元素分布，证明Ti基体中渗N层约2 mm

图2 TiO2-x Nx薄膜XPS图谱 (a) 全谱；(b) N 1s谱，398.8 eV的结合能证明制备出以Ti-N键为主的取代型N掺杂TiO2薄膜

图3 纯TiO2薄膜与TiO2-x Nx薄膜的紫外可见漫反射谱图(a)和能带图(b)，掺杂后的薄膜在紫外区光吸收没有减弱，同时在可见光区的吸收有显著提高，禁带宽度降低到2.6 eV

图4 纯TiO2薄膜与TiO2-x Nx薄膜的光生电流图(左)和降解图(右)，证明TiO2-xNx薄膜具有更高的光生载流子浓度和更强的光催化活性

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