光电薄膜的制备与表征二氧化钛薄膜(2)

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此外，TiO2表面在紫外照射下将会变成超亲水性质——接触角将小于5°。大部分的光生空穴会立马与吸附的有机物和水分子反应（比如生成羟基自由基）而消失，但是，仍有一部分可能会与晶格中的钛-氧键结合，从而使得钛-氧键弱化，这样水分子可以与这些键相互作用形成新的羟基进行补充。而且，那些紫外照射产生的羟基有热力学较差稳定性，它们有高的表面能，促进超亲水表面的形成。

最近几年，各种各样不同形态与结构的TiO2的产生不断地吸引着学者的眼球——球状、纳米棒、染料敏化太阳能电池、管状等等。当然纳米结构的TiO2也同样运用于锂电池、电致变色显示器等。有许多因素对光催化性能都有或多或少的影响，比如说孔的体积与结构、晶相、表面结构、结构维度等，因此为了更好的提高，需要调整这些影响因素。对于结构维度而言，球状是属于零维结构，比表面积高，因此对于催化有机物分解有更高的速率。同时，二维薄片形具有光滑的表面和高的粘合性。还有一维结构的纳米管和纳米。

对于纳米球状TiO2，由于具有高的比表面积，并且孔结构有效增大了接触的面积，同时对于有机物吸收转化速率也有提高。而且，这些特征让更多的光进入到里面使得光吸收能力提高，这样它们也同样可以用来制作（染料敏化）太阳能电池[3]。这种球状结构，往往利用钛醇盐（如钛酸四丁酯），然后再添加辅助材料来控制反应速率，接着还可以通过热水浴处理得到孔状、层状结构。郑昭科等[4]用150℃ NaOH水溶液处理24h，然后根据不同的退火温度得到不同结构，太高的退火温度（约高于400℃）将减小比表面积，从而减弱光催化性能。之后，又有空洞球状结构的合成——高比表面积。（001）面的锐钛矿相TiO2拥有较高的光催化性能，理所当然有此晶面的球状TiO2将会有更好的光催化性能。

对于二维结构的TiO2纳米薄片，它具有平整的表面，非常小的厚度（1-10nm）其横向尺寸是亚微米至10几个微米。这样的结构使得与基底结合得更加牢固，表面更加光滑。纳米薄片结构的TiO2在紫外照射下将展现出光催化性——降解有机物、超亲水性。因此，有人考虑到纳米薄片的特性，将其运用于自清洁涂层。

1.1.2 TiO2改性技术简介[5]

因为TiO2的光生电子与空穴容易复合，即有高的复合率，大大影响光催化的效率，并且TiO2吸收光主要在紫外区，利用率也低。

贵金属沉积可以被用来捕获激发电子。因为TiO2的光生电子与空穴的费米能级比贵金属的费米能级要高，根据热力学统计，电子会转移到费米能级低的贵金属，使得其费米能级逐渐升高。当两者费米能级达到同一能量位置时，界面处的电子转移才停止，这样电子与空穴的复合将被抑制，复合率将下降，常常用的贵金属有Pt、Ag、Au等。

过渡金属离子掺杂，往往采用浸渍法、溶胶凝胶法、离子注入法，使TiO2掺杂。

表面光敏化，将光活性有机物吸附咋表面，从而使得光吸收范围发生红移，提高太阳光的利用率。

还有比如半导体复合方法。

1.2 TiO2的润湿性模式

1.2.1 材料表面的润湿性

润湿性，顾名思义与水有关，是材料表面与水的关系，通常会根据接触角来定义润湿性的亲水性、超亲水性、疏水性、超疏水性。接触角（Contact Angle），指在气、液、固三相交点处所作的气-液界面的切线穿过液体与固-液交界线之间的夹角θ，是润湿程度的重要量度[6]。一般将接触θ<90°的表面称为亲水表面，若θ<5°，则往往称作超亲水表面；同时，一般将θ>90°的表面称为疏水表面，当θ>150°，往往称作超疏水表面。