中央民族大学本科生研究训练计划结题论文
图3-8 基底、样品2-5、2-6、2-7、2-8，处理时间分别为2分钟、5分钟、10分钟、20分钟
从图中我们可以看出处理时间的变化对生成TiO2薄膜的成分没有影响，都生成了金红石相和锐钛矿相的TiO2薄膜。
5.占空比变化对微弧氧化TiO2膜生长特性影响
图3-9为不同正占空比下的TiO2膜XRD图，样品为2-11、2-13。
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图3-9 样品为2-11、2-13 正占空分别为比：30%、50%，负占空比均为5%
从图中我们可以看到占空比的变化对生成TiO2薄膜的成分没有影响，不同的占空比下都生成了锐钛矿相的TiO2薄膜。 （四）拉曼光谱
XRD分析说明样品的微弧氧化薄膜主要由锐钛矿相和金红石相组成。其中锐钛矿相TiO2
19D4结构属于h?I41/amd空间群，晶胞参数为a=0.3783nm，c=0.951nm，每单位晶胞中有两
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个TiO2分子即含6个原子，总的振动模式为18个，其中6个是具有拉曼活性的简正振动，对应的结构峰为147 cm-1（Eg）、198 cm-1（Eg）、398 cm-1（B1g）、513 cm-1（A1g）、519 cm-1（B1g）、639 cm-1（Eg）。
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图3-10 微弧氧化TiO2薄膜的拉曼光谱
图3-10给出了在磷酸盐体系下的13个样品的拉曼光谱。从图中可以看到几个明显的特征峰。位于147 cm-l附近的峰为锐钛矿相的Eg特征峰，2-2、2-3、2-4、2-7、2-8的198 cm-l 特征峰较明显，2-1、2-2、2-3、2-4、2-7、2-8的398 cm-l 特征峰较明显，2-1、2-2、2-4、2-7、2-8
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的516 cm-l 特征峰较明显，所有样片都有639 cm-l 特征峰，只不过有的样品峰比较弱不易表示。513 cm-1（A1g）、519 cm-1（B1g）的特征峰可能由于间隔比较近在图中读到的是两者的平均值516cm-1。除上述特征峰外，未发现其它特征峰，进一步说明微弧氧化薄膜由金红石相TiO2和锐钛矿相TiO2组成。 （五） 吸光特性
图5给出样品2-1到2-13、P25（德固赛，北京安特普纳公司进口）和未掺氮微弧氧化TiO2的紫外-可见漫反射转换光谱。可以通过漫反射光谱直接求得样品的带隙。实验所测得漫反射效率为R，可由Kubelka-Munk 方程[19]：
?1?R???2R2 (2)
转换。此处?为吸收效率。因为TiO2为间接带隙材料，光带隙（Eg）与吸收效率?有以下关系：
?h??const(h??Eg)2 （3）
以hv（eV）为横坐标，??h??为纵坐标，便可以求出材料的带隙。如图3-11所示，沿曲线拐点右侧直线部分作反向延长线，与横坐标线的交点处的能量值就是所求样品的能隙。表3-3中给出了样品2-1到2-13、P25 的漫反射能隙数据。样品2-1到2-13的能隙整体小于P25，说明以六次甲基四胺为氮源已经成功在薄膜中掺入氮元素，从而引起带隙的减小，相应的吸收边红移。样品2-1到2-13的带隙相差不大，最小为样品2-11带隙为 2.9775eV，最大为样品2-2带隙为3.0534eV，其中样品2-11的反应时间为30分钟，反应频率为500Hz，而样品2-2的反应时间为60分钟，反应频率为300Hz。因为利用漫反射光谱求材料带隙本身就有一定的误差，所以图5中的数据不能用于定量分析，但可以从中看出能隙的变化趋势。样品2-2的反应频率最高为300Hz，而掺氮引起的带隙变化最小，符合前面的分析，频率高单次反应的剧烈程度要小，反应过程快。样品2-9到2-13的能隙分别为3.00、2.98、2.98、3.03和3.04(eV)，可以认为反应时间及占空比对能隙的影响很小。L. Wan[19]等研究磷酸盐溶液浓度对TiN薄膜进行微弧氧化处理所生成的氮掺杂TiO2薄膜能隙的影响，认为化学掺杂过程对TiO2晶格造成的影响与离子注入掺杂过程相比要复杂一些，而且化学掺杂过程在TiO2晶格所发生的置换反应要强烈的多。
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图3-11 紫外可见漫反射光谱
表3-3 各样品的能隙
样品 P25 2-1 2-2 2-3 2-4 2-6 2-7
Energy(eV) 样品 Energy(eV) 3.0414 3.0014 2.9894 2.9775 3.0304 3.0474 3.1564 2-8 3.0304 2-9 3.0534 2-10 2.9954 2-11 3.0124 2-12 2.9954 2-13 3.0124 （六） 光催化特性
二氧化钛光催化是一种高级氧化技术，研究在可见光照射下，通过染料敏化催化降解多种染料污染物，为环境治理提供了一种有效的方法。实验中，用亚甲基蓝做染料为模型反应，评价不同的二氧化钛的光催化活性。光源为高压氙灯，为了考察样品的可见光光催化特性，
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