【摘 要】
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目前,二氧化钛（Titanium dioxide,TiO2）是最有前途的半导体氧化物材料之一,可用于光催化降解潜在的污染物,如有机染料、废水等;同时,也可净化空气、作为染料敏化太阳能电池（DSSC）的光阳极等。TiO2的宽带隙（3.2 e V）使其仅对一小部分太阳光谱（＜10%）有响应。因此,通过改善TiO2的光学性质来提高其性能,使其在可见光范围内有较高活性,对有效利用整个太阳光谱具有重要意义。
【基金项目】
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辽宁省教育厅研究项目Ⅲ-Ⅴ族元素掺杂ZnO薄膜的制备及其光电性能研究,（项目编号:LJ2019006）；
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目前,二氧化钛（Titanium dioxide,TiO2）是最有前途的半导体氧化物材料之一,可用于光催化降解潜在的污染物,如有机染料、废水等;同时,也可净化空气、作为染料敏化太阳能电池（DSSC）的光阳极等。TiO2的宽带隙（3.2 e V）使其仅对一小部分太阳光谱（＜10%）有响应。因此,通过改善TiO2的光学性质来提高其性能,使其在可见光范围内有较高活性,对有效利用整个太阳光谱具有重要意义。本文介绍了TiO2薄膜的结构特征、常见的制备方法及表征手段。采用易操作、无污染的溶胶-凝胶法制备了不同浓度的本征TiO2薄膜、Al单掺杂TiO2薄膜和Al/N共掺杂TiO2薄膜。利用不同的测试手段:X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、扫描电子显微镜（Scanning electron microscope,SEM）、紫外-可见分光光度计（Ultraviolet visible spectrophotometer,UV-Vis）和光致发光谱（Photoluminescence spectrum,PL）等对所制备样品的结构特征、表面形貌及光学性能分别进行表征。所得到的实验结果如下:（1）所有样品均为锐钛矿相,且沿着d（101）晶面择优取向生长。当样品表现出最好的结晶质量时,表面平整致密、缺陷较少,对可见光的响应较好,带隙值为3.382 e V,此时的本征TiO2溶胶浓度为0.50 mol/L。（2）Al的掺杂并没有改变TiO2晶相,样品仍为锐钛矿相。当Al掺杂量为3.00 at%时,TiO2的吸光度最高,带隙值为3.249 e V。但当进一步提高Al掺杂量时,由于过度的Al掺杂,反而会导致TiO2的性能下降。（3）共掺样品中,并没有发现Al和N的特征峰,也没有发现其他杂峰,表明所制备的样品较为纯净,且N元素也没有改变TiO2的晶相,但N的掺杂导致了衍射峰的降低,晶粒尺寸减小。当N的掺杂量为7.00 at%时,样品的吸光度最高,禁带宽度最小,其带隙值为2.873 e V。正交实验验证了,当本征TiO2的浓度为0.50 mol/L,Al掺杂量为3.00at%,N掺杂量为7.00 at%时的组合,所得到的TiO2薄膜的光学性能最好。
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