通过氧化物缺陷工程结晶的混合相Ti³⁺丰富的TiO₂薄膜的生产

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 表面科学是一门学科.
• 纳米技术纳米技术

背景情况:

• 无形二氧化 (TiO2) 的化学稳定性有限.
• 化诱导的结晶可以提高TiO2的稳定性,但由此产生的晶体结构是由无形相的缺陷决定的.
• 控制无形TiO2中的缺陷是定制其晶体结构和性能的关键.

研究的目的:

• 用缺氧离子束喷雾沉积来证明在静电测量TiO2膜中产生氧化物缺陷 (氧空位和Ti3+状态) 的过程.
• 为了研究这些缺陷对TiO2在真空化过程中的结晶行为的影响.
• 为了评估由此产生的晶体和混合相TiO2膜的化学稳定性.

主要方法:

• 在缺氧条件下的离子束喷雾沉积,在TiO2膜中产生氧气空缺和Ti3+状态.
• 在真空中化,以诱导结晶.
• 近边缘X射线吸收细结构 (NEXAFS) 光谱分析缺陷密度和相位组成.
• 在1.0M NaOH溶液中进行化学稳定性测试.

主要成果:

• 制造了带有可变间歇氧和受控缺陷密度的固体测量TiO2膜.
• 没有缺陷的TiO2结晶成微晶体解剖酶,而中度缺陷导致纳米晶体鲁.
• 过度的缺陷导致了混合无形/纳米晶体鲁相.
• 所有晶体和混合相膜都在NaOH中表现出了80小时的优异化学稳定性.
• 结晶温度保持在400°C,无论缺陷密度如何.

结论:

• 缺陷工程无形TiO2的真空化提供了一种实现化学稳定的晶体或混合相膜的途径.
• 这种方法保留了Ti3+间隙状态,这对于基于TiO2的光电极中的电荷转移至关重要.
• 在沉积过程中控制缺陷的产生为定制TiO2的结构和增强其功能性质提供了一条途径,而不会影响稳定性.