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、保溫時間、薄膜厚度、晶型) ，并用X 射線衍射等分析測試手段對樣品的結(jié)構(gòu)等性能進(jìn)行表征。通過對薄膜樣品光降解亞甲藍(lán)溶液的實驗測定來表征樣品的光催化性能，并測定其光電導(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驗依據(jù)。經(jīng)過分析得出，光催化性和光電導(dǎo)率同時存在最佳摻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、光強(qiáng)、溫度、PH 等，實驗也較為繁瑣，至今對于TiO2的光催化活性評定尚未有統(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，希望獲得更為簡單的光催化性能評定手段。TiO2是高阻半導(dǎo)體，暗電導(dǎo)率很低，往往通過測量微電流的方法來獲得暗電阻，微電流的測量容易受到儀表的測量精度及外界噪聲影響而降低測量結(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)為降解對象，研究薄膜的光催化性能，并測定其光電導(dǎo); 為了準(zhǔn)確地比較各樣品光催化性能的優(yōu)劣，實驗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。本實驗用于光催化研究的TiO2薄膜樣品主要有摻雜濃度、保溫時間、薄膜厚度、晶型等區(qū)別。從不同樣品的表征測試中分析各種變化條件對光催化、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、實驗

　　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、保溫時間、薄膜厚度等) 見表1-表4。

　　1.2、表征測試

　　使用Rigaku D/max 2550pe 型X 射線衍射( XRD) 儀測定薄膜晶體結(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、保溫時間、薄膜厚度、晶型) 系列的TiO2薄膜。通過對不同系列樣品的實驗結(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驗基礎(chǔ)。從四組( 摻F 濃度、保溫時間、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對于不同的樣品數(shù)值差異較小，易因?qū)嶒灜h(huán)境、操作影響而造成較大的誤差; 尤其對于TiO2薄膜作為光催化劑時，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。