非金属掺杂TiO2/Bi2O3纳米管高度有序阵列构筑及其光催化机理研究

本项目采用电化学阳极氧化法在钛表面原位生长非金属掺杂TiO2纳米管阵列，以其为骨架组装Bi2O3膜，以提高其吸收光谱与太阳光谱的匹配性，从而得到高可见光响应型非金属掺杂TiO2/Bi2O3纳米管阵列膜，为半导体光催化剂在水处理领域实际应用提供可靠的理论基础和技术支持。主要研究电化学阳极氧化电源模式、电解液配方和工艺参数对非金属掺杂TiO2纳米管阵列光催化活性的影响规律。采用XPS、XRD、HRTEM等方法分析非金属掺杂TiO2纳米管阵列膜的相组成、尺寸和元素组成等，建立微观结构、太阳光谱匹配性与光量子效率的内在关系，通过优化工艺参数来实现非金属掺杂TiO2纳米管阵列的构筑；采用真空蒸镀法在非金属掺杂TiO2纳米管阵列中组装Bi2O3膜，分析Bi2O3膜的尺寸、形状、有序性及其与TiO2纳米管阵列的匹配性对TiO2/Bi2O3纳米管阵列膜光催化性能的影响规律，进而探讨组装机理。

根据申报时的研究计划内容，我们分别采用一步阳极氧化法和两步阳极氧化法，在钛表面原位生长构筑了高度有序的TiO2纳米管阵列薄膜，研究了电解液组成和含量、氧化电压、氧化时间、热处理温度等工艺参数对TiO2纳米管结构及光催化性能的影响规律；分别采用电化学法和湿化学法制备了N掺杂TiO2纳米管阵列薄膜，研究了N掺杂对TiO2纳米管阵列薄膜晶体结构、光吸收性能和光催化性能的影响，探讨了微观结构与光催化性能的内在关系；分别采用溶胶凝胶法和磁控溅射法制备了Bi2O3薄膜，研究了硝酸、有机助剂PEG200对薄膜微观结构和光催化性能的影响规律，对溅射功率、时间、基片温度、氧氩比、退火温度等工艺参数对薄膜的结构及性能的影响进行了详细讨论；以两步阳极氧化法制备的N掺杂TiO2纳米管阵列为基体，分别采用真空浸渍法和磁控溅射法组装Bi2O3薄膜，制备了高可见光催化活性的N掺杂TiO2/Bi2O3纳米管阵列薄膜，主要研究了复合薄膜的微观形貌、晶体结构、化学组态、光吸收性能及光催化性能，探讨了微观结构、太阳光谱匹配性及光催化性能的内在关系，最后对光催化机理进行了讨论。本项目研究已顺利完成，达到预期目标。