Zn^(2+)和TiO_(2)合金化过程中不同成分占比对薄膜结构和光催化性能的影响

使用溶胶-凝胶法在单晶硅衬底上制备一批不同Zn^(2+)成分调节的TiO_(2)薄膜,观测Zn^(2+)和TiO_(2)合金化过程中光学和光催化性能的变化.X射线衍射光谱仪用于观测在合金化过程中薄膜的晶体结构变化并追踪ZnTiO_(3)化合物的形成.扫描电子显微镜、原子力显微镜用于观测合金化过程中因TiO_(2)晶格对Zn^(2+)溶解度有限而导致薄膜表面出现大量孔洞的现象.X射线光电子能谱和光学带隙用于观测Zn^(2+)与TiO_(2)合金化过程中电子结构层面的变化.最后,通过降解亚甲基蓝(MB)溶液,表明少量Zn^(2+)掺杂完全溶解在TiO_(2)中,并破坏TiO_(2)结晶质量.在Zn^(2+)的成分占比继续提高至15%的过程中,XPS峰形拟合结果验证了TiO_(2)对Zn^(2+)的溶解度有限,导致薄膜出现大量孔洞结构,薄膜的活性比表面积得以提升,同时Zn^(2+)可以有效地捕获光生e^(-)/h^(+).为了继续观察Zn^(2+)浓度对TiO_(2)的影响,将Zn^(2+)的浓度提升至40%,观察Zn^(2+)与TiO_(2)合金化过程中的现象.表明化合物ZnTiO_(3)的出现可以充当e^(-)/h^(+)的复合中心以及TiO_(2).占比的大幅下降导致合金化之后的薄膜光催化效率逐渐下降.