采用溶膠-凝膠法在石英基板上旋涂制備不同系列的TiO2薄膜樣品( 摻F 濃度、保溫時(shí)間、薄膜厚度、晶型) ，并用X 射線衍射等分析測(cè)試手段對(duì)樣品的結(jié)構(gòu)等性能進(jìn)行表征。通過對(duì)薄膜樣品光降解亞甲藍(lán)溶液的實(shí)驗(yàn)測(cè)定來表征樣品的光催化性能，并測(cè)定其光電導(dǎo)值。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)光電導(dǎo)值越大的樣品對(duì)應(yīng)的光催化性能也越好，說明了光電導(dǎo)和光催化性能存在內(nèi)在聯(lián)系，為用物理法表征光催化提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。經(jīng)過分析得出，光催化性和光電導(dǎo)率同時(shí)存在最佳摻F 濃度( 2%) 、最佳薄膜厚度( 331. 5 nm) ，晶粒尺寸越大越有利于光催化性和光電導(dǎo)率的提高，銳鈦礦-金紅石混晶優(yōu)于單一的銳鈦礦相。

　　自1972 年Fujishima發(fā)現(xiàn)TiO2半導(dǎo)體單晶電極上的光解水現(xiàn)象以來，人們就開始了多相半導(dǎo)體光催化的研究。光催化降解屬于復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)，影響降解特性的因素很多，諸如光照波長(zhǎng)、光強(qiáng)、溫度、PH 等，實(shí)驗(yàn)也較為繁瑣，至今對(duì)于TiO2的光催化活性評(píng)定尚未有統(tǒng)一、廣泛適用的標(biāo)準(zhǔn)。

　　近年來研究人員開始嘗試表面光電壓、亮暗電導(dǎo)比值、亮態(tài)和暗態(tài)電導(dǎo)率等多種物理手段來研究表征光催化性能，希望獲得更為簡(jiǎn)單的光催化性能評(píng)定手段。TiO2是高阻半導(dǎo)體，暗電導(dǎo)率很低，往往通過測(cè)量微電流的方法來獲得暗電阻，微電流的測(cè)量容易受到儀表的測(cè)量精度及外界噪聲影響而降低測(cè)量結(jié)果的可信度; 采取亮暗電導(dǎo)比值法受暗電導(dǎo)率測(cè)量誤差的影響。

　　目前TiO2薄膜的制備方法包括溶膠-凝膠法、原子層沉積法、氣相沉積法、濺射法和低溫等離子射流法等，其中溶膠-凝膠法由于其工藝簡(jiǎn)單，成本低廉已被廣泛地應(yīng)用。本文采取光電導(dǎo)法表征光催化，采用溶膠-凝膠法在石英襯底上制備不同條件的TiO2薄膜，以亞甲基藍(lán)為降解對(duì)象，研究薄膜的光催化性能，并測(cè)定其光電導(dǎo); 為了準(zhǔn)確地比較各樣品光催化性能的優(yōu)劣，實(shí)驗(yàn)過程中盡可能將光強(qiáng)、溫度等條件保持一致，以期將光降解的外界影響減至最小。本實(shí)驗(yàn)用于光催化研究的TiO2薄膜樣品主要有摻雜濃度、保溫時(shí)間、薄膜厚度、晶型等區(qū)別。從不同樣品的表征測(cè)試中分析各種變化條件對(duì)光催化、光電導(dǎo)的影響，以更全面地了解光催化與光電導(dǎo)的關(guān)系。

1、實(shí)驗(yàn)

　　1.1、樣品制備

　　鈦酸四丁酯和氟化銨分別作為鈦源和氟源。將8.5 mL 鈦酸四丁酯和2.4 mL 二乙醇胺溶于50 mL乙醇中，記為A 溶液。然后將氟化銨與0.45 mL 去離子水和22 mL 乙醇混合，記為B 溶液。A 和B 溶液分別在室溫下攪拌2 h。再將溶液B 逐滴加入于A 中，室溫下陳化24 h 得到穩(wěn)定的TiO2溶膠。摻F濃度[F]/[Ti + F]分別為0%，1%，2%，4%，6%，8%。以石英玻璃為襯底，襯底清洗過程如下: 首先將襯底用洗滌劑清洗干凈放入去離子水中超聲30min; 再將襯底放入稀鹽酸( 體積比為1：6) 中浸泡2 h，然后超聲15 min; 最后放入乙醇中浸泡1 h，超聲15 min，存于乙醇中待用。

　　采用旋涂法將制備的凝膠涂到襯底上，轉(zhuǎn)速為1000 r /min旋轉(zhuǎn)9 s，2000r /min旋轉(zhuǎn)20 s，將獲得的濕膜放于70℃干燥箱中干燥15 min，最后以一定的升溫速率在一定溫度下于空氣氣氛中進(jìn)行快速退火。升溫速率有5，25℃ /min; 退火溫度為550，650，700℃; 退火保溫時(shí)間為1，2，8h。通過重復(fù)旋涂、干燥和退火來得到不同厚度的薄膜樣品。各樣品的制備條件( 摻F 濃度、退火溫度、保溫時(shí)間、薄膜厚度等) 見表1-表4。

　　1.2、表征測(cè)試

　　使用Rigaku D/max 2550pe 型X 射線衍射( XRD) 儀測(cè)定薄膜晶體結(jié)構(gòu)，X 射線源是Cu 靶Kα射線，濾波片為Ni，管電流、管電壓分別為300 mA、4kV，掃描速度為4° /min，步寬為0. 02°。薄膜厚度通過Semilab 生產(chǎn)的GES-5E 型橢偏儀來測(cè)定。

3、討論

　　本研究采用溶膠-凝膠法，在石英玻璃襯底上制備了不同( 摻雜濃度、保溫時(shí)間、薄膜厚度、晶型) 系列的TiO2薄膜。通過對(duì)不同系列樣品的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出，光電導(dǎo)值越大，光催化性能越好，說明了光電導(dǎo)和光催化性存在一定的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而為之后物理法表征光催化研究奠定實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。從四組( 摻F 濃度、保溫時(shí)間、薄膜厚度、晶型)樣品系列Δσ-kapp圖發(fā)現(xiàn)，光催化性能表征值kapp對(duì)于不同的樣品數(shù)值差異較小，易因?qū)嶒?yàn)環(huán)境、操作影響而造成較大的誤差; 尤其對(duì)于TiO2薄膜作為光催化劑時(shí)，通常薄膜厚度小，光催化劑含量少，這種影響尤為顯著。而光電導(dǎo)數(shù)值上卻有較大區(qū)別，光電導(dǎo)率能放大光催化性能的差異程度，將光催化的性能差異程度反映得更為明顯。

　　經(jīng)過分析得出，光催化性和光電導(dǎo)率同時(shí)存在最佳摻F濃度(2%) 、最佳薄膜厚度(331.5 nm) ，而且晶粒尺寸越大越有利于光催化性和光電導(dǎo)率的提高; F 摻雜濃度過大會(huì)增加載流子復(fù)合，降低光電導(dǎo)、光催化; 銳鈦礦-金紅石混晶優(yōu)于單一的銳鈦礦相。光催化性和光電導(dǎo)率之間的內(nèi)在聯(lián)系及理論推導(dǎo)還有待進(jìn)一步研究，需將以上因素加以考慮。