[发明专利]一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明涉及光催化薄膜材料技术领域，具体涉及一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法及其产品和应用；具体的以氩气作为溅射气体，氮气作为反应气体，采用双靶共溅射的方法在衬底表面制备基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜，所述双靶分别为钽靶和钼靶；本发明提供一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法。首次将TaN薄膜应用于光催化领域，通过磁控溅射真空镀膜技术，选择Mo作为掺杂剂来改善TaN薄膜光催化性能从而改善薄膜的光吸收性能和薄膜内载流子迁移特性，提高光催化性能。

技术领域

本发明涉及光催化薄膜材料技术领域，具体涉及一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法及其产品和应用。

背景技术

21世纪，生态环境治理问题已经成为世界关注的焦点，其中水体污染等环境问题每况愈下，因此研发有效的污水处理技术显得尤为重要。光催化技术可以利用光催化材料吸收太阳光能来降解水中有机污染物，因此寻找高效、稳定、可循环使用、无污染、制作简单且低成本的光催化材料一直是太阳能利用中最具挑战性的课题之一。在以往的研究中，为了增加催化剂与水体的接触面积，大部分光催化剂被设计为粉体材料，虽然提高了光催化效率，但其受工艺因素影响大，形貌不易控制，容易发生团聚，稳定性差，不易回收再利用，易造成二次污染等问题。与粉末材料相比，薄膜材料稳定好，分散均匀，可回收再利用，污染较小。因此，制备新型高效的薄膜光催化材料具有重要的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法及其产品和应用。首次将TaN薄膜应用于光催化领域，通过磁控溅射真空镀膜技术，选择Mo作为掺杂剂来改善TaN薄膜光催化性能从而改善薄膜的光吸收性能和薄膜内载流子迁移特性，提高光催化性能。

本发明公开一种基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法，以氩气作为溅射气体，氮气作为反应气体，采用双靶共溅射的方法在衬底表面制备基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜，所述双靶分别为钽靶和钼靶。

进一步地，在溅射过程中，环境真空度≥7.0×10^-4Pa，衬底温度为300-400℃，溅射压强为0.8-1.0Pa，溅射时间为10min，氮气分压占比15％。

进一步地，所述氩气和氮气的纯度为99.999％，氩气流量为45sccm，氮气流量为8sccm。

衬底温度影响薄膜结晶度，温度越高，薄膜结晶度越好；

将溅射压强控制在0.8-1.0Pa，氮气限定8sccm，氩气限定45sccm，氮气分压占比15％的条件下，有利于TaN相的生成；

溅射时间影响薄膜厚度，溅射时间控制在10min，薄膜厚度约为200nm。

进一步地，钽靶溅射功率为130W，采用直流溅射源；钼靶溅射功率为0-40W，采用射频溅射源，其中钼靶溅射功率不为0。通过溅射过程中，保持恒定的氮气分压和Ta靶溅射功率，调控钼靶溅射功率，来改变Mo掺杂量，以此来调节TaN薄膜晶面择优取向，提高薄膜吸光度和光催化活性。

进一步地，溅射靶材与衬底的距离为80mm。

进一步地，所述Mo掺杂TaN的光催化薄膜在衬底上的厚底为100-300nm。

进一步地，所述衬底为FTO导电薄膜，在进行双靶共溅射前进行清洗并烘干预热。FTO导电薄膜本身具有很好的结晶性，以其作为衬底可以有效保证Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备。

本发明还提供上述基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜的制备方法所制备的基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜。

本发明还提供上述基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜作为光催化材料的应用。

进一步地，基于Mo掺杂TaN的光催化薄膜在降解水中有机污染物中的应用。