過渡金屬注入金紅石單晶對其結構和光學性能的影響.pdf

1、二氧化鈦已經得到廣泛地研究，發(fā)現(xiàn)其具有廣泛的應用，如太陽能電池、光催化、核廢料存儲、氧氣敏器件、光解水產生氫和稀磁半導體以及由于它具有高介電常數(shù)和高折射率使它成為光學涂層和保護層極具希望的開發(fā)材料。二氧化鈦作為優(yōu)異的光催化材料具有安全、性能穩(wěn)定、無毒副作用、成本低廉和無二次污染的特點，但是，二氧化鈦的催化作用、光伏電池和光解水的應用中僅能利用太陽光中不足5％的紫外光。近年來，人們利用摻雜的方法提高二氧化鈦對太陽光的利用率。
　　

2、 本文采用離子注入法制備了鈷(Co)、銅(Cu)離子摻雜的金紅石二氧化鈦(R-TiO2)樣品。鉆離子注入能量、注量為40keV(1×1016ions/cm2)、80keV(5×1015、1×1016、5×1016、1×1017ions/cm2)、120keV(1×1016ions/cm2)，銅離子注入能量注量為70keV(4.6×1016、5×1015ions/cm2)。通過X射線光電子能譜(XPS)、X射線粉末衍射(XRD)、紫外-可

3、見漫反射光譜(UV-VisDRS)等手段對摻雜前后樣品的結構和光學性能進行了表征，分析了摻雜元素在金紅石二氧化鈦中的存在形式和對光吸收響應的影響。另外，用SRIM2008程序的子程序TRIM模擬了離子注入金紅石二氧化鈦。研究結果表明：
　　 1.XPS測試表明注入的Co以金屬態(tài)存在TiO2中。XRD測試表明在注量為5×1015ions/cm2和1×1016ions/cm2時，在金紅石TiO2中形成Co(413)納米顆粒，而注入的

4、Cu離子在金紅石TiO2中形成CuO(022)晶相。
　　 2.Co、Cu金屬離子摻雜后，紫外-可見漫反射吸收光譜的吸收邊均有較小紅移，提高了對可見光的響應；在紫外和可見光區(qū)域的吸收均增強了。隨著注入劑量的增加吸收邊紅移程度越大、對紫外-可見光的吸收逐漸增強，分析認為這是因為在TiO2中出現(xiàn)了更多的Ti3+-V0缺陷。
　　 3.TRIM模擬了注入離子的分布。樣品表面雜質濃度很小，能量相同時濃度峰值隨著注量的增加而增加，