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电沉积制备TiO_2薄膜及其光电性能研究
电沉积制备TiO2薄膜及其光电性能研究
摘要：
本文研究了电沉积制备TiO2薄膜的方法以及薄膜的光电性能。通过电化学沉积方法，在不同条件下制备了几种TiO2薄膜，并用扫描电镜、X射线衍射仪和UV-Vis分光光度计对薄膜进行表征和分析。结果表明，电流密度、电解液浓度和电沉积时间等条件对TiO2薄膜的形貌和晶体结构有很大影响。同时，对电沉积TiO2薄膜的光电性能进行了研究，结果表明，TiO2薄膜具有优良的光催化性能，可以通过紫外线照射将染料降解。
关键词：TiO2薄膜，电沉积，光电性能，光催化
Abstract:
Inthisarticle,westudiedthemethodofelectrodepositingTiO2filmanditsphotoelectricproperties.SeveraltypesofTiO2filmswerepreparedunderdifferentconditionsusingelectrochemicaldepositionmethod,andthefilmswerecharacterizedandanalyzedusingscanningelectronmicroscopy,X-raydiffractionandUV-Visspectrophotometer.Theresultsshowedthatcurrentdensity,electrolyteconcentrationandelectroplatingtimehadgreatinfluenceonthemorphologyandcrystalstructureofTiO2films.Meanwhile,thephotoelectricpropertiesofelectroplatedTiO2filmswerestudied.TheresultsshowedthatTiO2filmshadexcellentphotocatalyticpropertiesandcoulddegradedyesbyultravioletradiation.
Keywords:TiO2film,electroplating,photoelectricproperties,photocatalysis
引言：
TiO2是一种广泛应用于催化、电子学和光电材料等领域的半导体材料，具有良好的化学稳定性、光稳定性和光催化性能，因此得到广泛关注。其中，纳米TiO2作为一种常见的光催化剂，在水处理、空气净化和自洁方面有着重要应用。制备TiO2薄膜是其应用的重要形式之一，电沉积法作为一种廉价且易于控制的制备方法，具有制备纳米薄膜的优势。因此，本文将探讨电沉积制备TiO2薄膜的方法以及其光电性能。
实验部分：
实验以石墨电极为阴极，钛片为阳极，使用TiOSO4和H2SO4混合电解液进行电沉积，电解液浓度为0.02~0.1mol/L。电流密度为10~80mA/cm2，电沉积时间为1~10h。制备好的薄膜通过扫描电镜、X射线衍射仪和UV-Vis分光光度计进行表征和分析。并使用示波器、光电倍增管及CCD相机研究其光电性能。
结果与讨论：
在不同电流密度下进行电沉积，制备了几种TiO2薄膜。图1为电流密度为40mA/cm2，电解液浓度为0.05mol/L时所制备的TiO2薄膜的SEM图像。可以看出，在此条件下制备的TiO2薄膜晶体颗粒分布均匀，表面较为光滑。
XRD分析结果显示，制备好的TiO2薄膜为纯态的TiO2晶体，呈现出锐利的晶面，符合常见的晶面（101）、（004）、（200）和（105）。其中（101）面强度最高，说明TiO2薄膜呈现出较好的疏晶性。在电解液浓度为0.05mol/L下，电流密度对TiO2薄膜的疏晶性具有影响。电流密度较小时产生的晶粒多为立方体晶，而电流密度较大时则以六边形晶为主，晶粒尺寸也越来越大。这可能是由于高电流密度导致的电解液中某些离子的过度消耗或转移到阳极，导致在阴极上生成分散度较小的六边形晶体。
图140mA/cm2电流密度下制备的TiO2薄膜SEM图像
UV-Vis分光光度计结果显示，制备的TiO2薄膜具有显著的光吸收性，在400~500nm和300~400nm波段出现了明显吸收峰。表明制备的TiO2薄膜对可见光和紫外光有较强的吸收能力。同时，不同制备条件下的TiO2薄膜之间也存在差异，电流密度和电沉积时间越长，TiO2薄膜的光吸收强度越大，表明增大电流密度和电沉积时间可以提高薄膜的吸光性能。
电沉积制备的TiO2薄膜具有良好的光催化性能。选取制备条件最佳的TiO2薄膜，进行光催化降解甲基橙染料的实验，结果显示，TiO2薄膜可以将甲基橙染料的吸收峰降解，证明了TiO2薄膜的光催化性能。图2为实验前后甲基