[发明专利]一种TiO2/SiO2-Ag-SiO2纳米复合薄膜的制备方法

说明书

技术领域

       本发明涉及一种TiO₂/SiO₂-Ag-SiO₂纳米复合薄膜的制备方法，属于光电子材料技术领域。

背景技术

环境和能源问题是现今最受关注的两大世界性难题，人们一直在寻求解决它们的办法。1972年Fujishima 和Honda发表在Nature上的研究论文率先报导了TiO₂单晶电极与Pt电极组成光电化学电池光分解水产氢的现象，引发了国内外对利用太阳光直接分解水制氢的研究热潮，从而开创了非均相光催化研究的新纪元。在太阳光的照射下，由于紫外光部分的激发，二氧化钛价带电子就会被激发到导带，相应的在价带上留下空穴。当二氧化钛催化剂遇见合适的俘获剂如表面缺陷或者其它因素时，价带空穴就会作为氧化剂，导带电子作为还原剂，在二氧化钛的表面发生氧化还原反应。TiO₂将光能转化为化学反应产生催化作用，使周围的氧气及水分子被激发成为具有强氧化能力的O^2-及OH^-负离子。它们几乎可以分解所有对人体和环境无害的物质。这就是二氧化钛起到光催化作用的基本原理。正是由于二氧化钛的光催化作用的特点，它可以广泛用于污水处理和空气净化，不造成资源浪费和产生二次污染，还可以循环利用。这种强氧化还可以用于杀菌消毒、卫生保健领域。也可以制造绿色清洁能源太阳能电池以及分解水制氢，为世界能源问题提出一个极具可行性的解决方案。但是到目前为止TiO₂光反应的效率特别是对太阳光的利用率仍然很低，所以大规模的工业应用目前还不能实现，仍然需要大量的研究积累。如何提高二氧化钛的光催化性能，对解决当今能源和污染两大世界性难题具有至关重要的作用，是整个科学界亟待解决的问题。

二氧化钛禁带宽度比较宽（3.2 eV）决定了能激发二氧化钛的光只能在紫外部分大约390 nm，这部分光只占太阳光能量的5%左右，所以二氧化钛对太阳光的利用率很低。就这个问题在过去的几十年里人们做了大量的研究想把TiO₂对光的利用扩展到可见光区域。常见的方法有金属掺杂、非金属掺杂以及金属/非金属混合掺杂，研究发现通过这些手段确实可以把TiO₂对光的吸收扩展到可见光部分。但是由于欠缺可控可靠的构造，目前掺杂对TiO₂的改性远远低于理想值。此外，人们还提出了复合半导体，通过两种禁带宽度不同的半导体复合，提高TiO₂对光的利用率。在太阳能电池研究领域人们提出了多结层叠太阳能电池概念，来实现宽光谱将TiO₂对光的吸收拓展到可见光部分。但是，由于复合半导体或者多结层叠太阳能电池制作工艺复杂并且成本过高，限制了它的广泛利用。

在发展可见光的光催化剂或者太阳能电池的研究中也存在某些认识误区。有时候过分强调了可见光催化，却忽略了在紫外光辐照下的光催化活性。所以，除拓宽光谱吸收范围的手段外，提高TiO₂在紫外部分的吸收率也是一个有效提高太阳光利用率的有效方法。这种方法就是借助金属纳米颗粒表面等离子体共振的激发作为桥梁，来增加入射光在半导体材料中的吸收，提高TiO₂对太阳光的利用率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中TiO₂对太阳光的利用率低的缺点，提供一种的TiO₂/SiO₂-Ag-SiO₂纳米复合薄膜的制备方法，该方法制得的纳米复合薄膜可以降低TiO₂薄膜厚度，缩短载流子的输运距离、降低输运过程中的复合率，具有高吸光率。该方法设备和工艺简单，成本低。

实现本发明目的的技术方案是采用将银离子注入到石英玻璃形成Ag纳米颗粒，然后在其上溅射TiO₂薄膜，所包括的具体步骤如下：

1） 以石英玻璃为衬底，将能量为20到60 kV 剂量为5×10¹⁶ 到1×10¹⁷ ions/cm² Ag离子注入到衬底中，使其在衬底中形成Ag纳米颗粒；