TiO2薄膜制备与性能

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TiO2薄膜的低温制备以及工艺优化和性能研究

ｔｏｓ，ｓｃｓｗａｅｍｏｎ，ｐａａｈｉｇｔｅｏｈｒｓａｔｕｔｒｎｈｔｃｔｌｔｃｉｉｆＴｉｉｎｕｈａｔｒａｕｔＨｎｄｂｔｎｉｎｔｅｃｙｔｌｓｒｃｕｅａｄｐｏｏａａｙｉａｔｖｔｏＯ２ｍｃｙｗａｔｄｅ．Ｔｉｈａｅ，ｃｓａｔｕｔｒｓｒａｅｍｏｐｏｏｙａｄｌｈｂｓｒｔｏｒｐｒｉｓｗｅｅｃａａ — ｓｓｕｉｄｈｅｒｐｓｙｒｔｌｓｒｃｕｅ，ｕｃｒｈｌｇｎｉｔａｏｐｉｎｐｏｅｔｒｈｒｃｆｇｅ
ｏｔｌｗｅｅａｕｅａｄｄｐｉｇｐｆｅｔｏｉｅｅｔｐｏｅｓｃｎ－ｄａｏｔｍｐｒｔｒｎｉｐｎｒｃｓｎｔｕｃｆｇａｓｓｆｅｅｆｃｆｄｆｒｎｒｃｓｏｄｉｆ
ＡｂｔａｔＴａｏ — ｃｙｔｌｔｎｔｓｈａｅＴｉｈｎｆｌｒｒｐｒｄｂｙｉｒｖｄｓｌ— ｇｌｍｅｈ— ｓｒｃ：ｈｅｎｎｒｓａｌｅａａａｅｐｓＯ２ｔｉｍｓｗｅｅｐｅａｅｍｐｏｅｏｉｉｅｔ
ｇｅｆＴｉｓｉｐｏｅｔｈｎｒａｉｇｏｔｒａｕｔａｄｄｃｅｓｎｇｏＨ．Ｔｈｉｈｎｆｌｓｂ — ｒｅｏＯ２ｗａｍｒｖｄｗｉｔｅｉｃｅｓｎｆｗａｅｍｏｎｎｅｒａｉｆｐｈｅＴＯ２ｔｉｍｅｉ
ＬｉＹｏｇ，ＡｉＦａｏｇ，ＹａｎｎｎｒｎｈＨｏｇ

纳米TiO2薄膜光阳极的制备及性能

ＷａｎｇＬｉ — ｑｉｕ’，ＺｈａｏＮａｎ，ＬｖＸｉａｏ — ｆｅｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｓｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｉｎｈｕａｎｇｄａｏ，Ｈｅｂｅｉ，０６６００４，Ｃｈｉｎａ）
ａｓｓａｔｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｙｓｏｌ — ｇｅｌｍｅｔｈｏｄｆｒｏｍｔｅｔｒａｂｕｔｙｌｔｉｔａｎａｔｅ（ＴＢＴ）ａｓｐｒｅｃｕｒｓｏｒ，ｅｔｈａｎｏｌａｓｓｏｌｖｅｎｔ，ｄｉｅｔｈａｎｏｌａｍｉｎｅａｓｃｈｅｌａ－ｔｉｎｇａｇｅｎｔｎｄａｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｓｆＰＥＧ）ａｓｓｕｒｆａｅｔａｎｔｉｎｔｈｅａｂｓｅｎｃｅｏｒｐｒｅｓｅｎｔｏｆａｃｅｔｉｃａｃｉｄｏｒａｍｍｏｎｉａｗａｔｅｒ．ＸＲＤａｎｄＳＥＭ
ｚｅｓｏｆｎａｎｏ — ＴｉＯ２ｇｒａｉｎｗｅｒｅｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎ１５～３０ｒｉｍ，３０～５０ｎｍ，ｎｄａ４０～８０ｎｍ．ＴｈｅＴｉＯ２ｉｆｌｍｓｐｒｅｐａｒｅｄｃｏｕｌｄｂｅｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｂｙｄｙｅｔｏｆｏｒｍｔｈｅａｎｏｄｅｓｏｆｄｙｅ — ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄｓｏｌａｒｃｅｌｌｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｎａｎｏ — ＴｉＯ２ｔｈｉｎｆｉｌｍｓｉｔｗｈｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅｒｎｇａｅｈａｄｂｅｔｔｅｒｐｈｏｔｏ－ｅｌｅｃｔｉｒｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．

TiO2薄膜的制备及其对304不锈钢防腐性能的研究

矿晶型的Ｔｉ薄膜，对３０４ＳＳ的阴极保护性能较好，腐蚀电位可由一ｌ３０ｍＶ降到一３１９ｍＶ。
关键词：溶胶凝胶法；Ｔｉ０２薄膜；３０４不锈钢；阴极保护；机械防腐
中图分类号：ＴＧ１７４．４５文献标志码：Ａ
的晶体结构（Ｃｕ靶，扫描速度１０。／ｍｉｎ）；用ＳＥ一１００Ｅ
１实验部分
１．１ＴｉＯ薄膜的制备采用过氧钛酸溶胶一凝胶法制备ＴｉＯ。溶胶，其
收稿日期：２０１３～Ｏ７一Ｏ３
型原子力显微镜分析ＴｉＯｚ薄膜的表面形貌；用Ｌａｍｂｄａ９００紫外可见分光光度计（ＵＶ／Ｖｉｓ）测试
腐蚀的防护作用。ＴｉＯｚ薄膜在阴极保护过程中的
阳极反应是水的氧化或／和光生空穴吸附的有机物，因此它本身并不分解［４］。目前较多的研究都是在光
干燥的步骤（薄膜，
厚度分别为：２０３．６、２４０．７、２９４．３、３７４．４、４１２．９ｎｍ）。最后将镀有ＴｉＯ薄膜的３０４ＳＳ置于马弗炉中高温处理２ｈ后随炉降温。１．２ＴｉＯｚ薄膜的表征与防腐性能测试
去离子水再次稀释成悬浮液；选择３０Ｈ。Ｏ作为
方面得到了应用，主要有自清洁涂层、污水净化、空

氮掺杂二氧化钛的制备及性能

氮掺杂二氧化钛的制备及性能氮掺杂二氧化钛的制备及性能一、引言二氧化钛（TiO2）作为一种重要的半导体材料，具有良好的光催化性能和光电化学性能。

然而，纯TiO2的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光区域的应用。

因此，通过掺杂改性，尤其是氮掺杂，能有效地提高TiO2的可见光吸收能力，从而扩展其应用领域。

本文将详细讨论氮掺杂二氧化钛的制备方法及其性能。

二、制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂二氧化钛是常见的方法之一。

首先将适量的钛酸四丁酯和氨水溶液混合，形成透明溶液。

随后，在搅拌条件下将溶液水热处理，使其形成凝胶。

最后，将凝胶进行干燥和煅烧处理，得到氮掺杂二氧化钛。

2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种制备氮掺杂二氧化钛的方法。

该方法需要使用金属有机化合物和氨气作为原料气体。

首先，金属有机化合物和氨气在高温下反应，生成氮掺杂二氧化钛的前驱体。

然后，前驱体在低温条件下进行热解，得到氮掺杂二氧化钛薄膜。

三、性能研究1. 光催化性能：氮掺杂二氧化钛具有优异的光催化性能。

研究表明，在可见光照射下，氮掺杂二氧化钛能够有效分解有机污染物，如甲基橙、罗丹明B等。

由于氮掺杂引入了新的能级，提高了光生载流子的分离效率，从而提高了光催化活性。

2. 光电化学性能：氮掺杂二氧化钛可用于制备高效的光电化学电池。

研究发现，经过氮掺杂的二氧化钛在阳极材料中应用于染料敏化太阳能电池，其光电转换效率明显提高。

氮掺杂引入的能级有利于电子的传输和被捕获，从而增强了光电流的产生。

3. 可见光吸收能力：纯TiO2只能吸收紫外光，因此其在可见光区域的利用率较低。

通过氮掺杂，TiO2的禁带宽度缩小，能够吸收可见光，从而提高了材料在可见光区域的利用效率。

四、应用展望氮掺杂二氧化钛具有广泛的应用前景。

一方面，其在环境领域中可以应用于水处理、空气净化等方面；另一方面，其在能源领域中可以用于制备高效光电化学电池、染料敏化太阳能电池等。

阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性

阳极氧化法制备TiO2薄膜及其超疏水改性随着纳米技术的发展，纳米材料在各个领域展现出了广阔的应用前景。

其中，氧化钛（TiO2）作为一种重要的纳米材料，在光催化、电化学和生物医学等领域具有广泛的应用。

然而，由于其表面能较高，TiO2薄膜往往具有亲水性，限制了其在一些特殊应用中的使用。

为了克服这一问题，研究人员们通过改性方法，将其表面改变为超疏水性，以提高其特殊应用的效果。

阳极氧化法是一种常用的制备TiO2薄膜的方法。

该方法通过在金属钛表面形成氧化层，然后经过热处理和酸洗等工艺，得到具有一定厚度和结构的TiO2薄膜。

这种方法制备的TiO2薄膜具有良好的结晶性和致密性，适用于各种改性处理。

超疏水性是指材料表面具有极高的接触角，使水滴在其表面上呈现出较大的接触角，从而实现水滴的快速滚落，表现出良好的自清洁性。

在TiO2薄膜的超疏水改性中，常常采用改变薄膜表面形貌和增加表面能的方法。

改变薄膜表面形貌是实现超疏水性的一种常见方法。

通过调控阳极氧化过程中的电压、时间和电解液成分等参数，可以改变薄膜的孔洞形貌和粗糙度，从而改变其表面的接触角。

研究发现，当薄膜表面具有一定的微纳米结构时，可以增加其表面积，提高接触角，实现超疏水性。

增加表面能是另一种常用的超疏水改性方法。

通过在阳极氧化后，在薄膜表面进行各种化学处理，使其表面形成亲水性或疏水性的功能基团。

例如，可以利用硅烷偶联剂在薄膜表面形成疏水性基团，从而实现超疏水性。

综上所述，阳极氧化法制备TiO2薄膜并进行超疏水改性是一种有效的方法。

通过调控阳极氧化过程和后续的化学处理，可以获得具有超疏水性的TiO2薄膜，从而拓展其在各个领域的应用。

未来的研究可以进一步深入探究薄膜的制备工艺和改性方法，提高其超疏水性能，并探索其在自清洁、防污染和抗菌等方面的应用潜力。

TiO2薄膜制备与性能解读

目录中文摘要 (1)英文摘要 (2)1 绪论 (3)2 国内外研究文献综述 (5)2.1 TiO的结构 (5)2薄膜亲水性原理 (5)2.2 TiO2薄膜结构及其性能的影响 (6)2.3 相关参数对TiO22.3.1 晶粒尺寸 (6)2.3.2 结晶度和晶格缺陷 (6)2.3.3表面积和表面预处理 (6)2.3.4 表面羟基 (6)2.3.5 薄膜厚度 (7)3 实验部分 (8)3.1 实验系统介绍 (8)3.2 衬底的选择及清洗 (9)薄膜的实验步骤 (9)3.3 直流磁控溅射制备TiO23.4 亲水性测试 (9)4 实验结果及参数讨论 (10)薄膜的工作曲线的影响 (10)4.1 氧流量对TiO24.2 溅射功率的选择及其对薄膜的性能影响 (11)4.3 总气压对薄膜性能的影响 (13)4.4 氧氩比对薄膜亲水性的影响 (13)4.5 基片温度对薄膜性能的影响 (14)4.6 热处理对薄膜性能的影响 (16)结论 (18)谢辞 (19)参考文献 (20)直流磁控溅射法制备TiO2薄膜摘要：本文利用直流磁控溅射法在不同条件下制备玻璃基TiO2薄膜样品，并检测了薄膜的超亲水性。

研究了沉积条件例如溅射总气压，氧气和氩薄膜最佳性气的相对分压，溅射功率，基片温度和后续热处理对TiO2薄膜是无定型且能的影响。

实验结果显示：在较低温度下沉积的TiO2亲水性较差。

相反，在4000C到5000C范围内退火过后，薄膜表面呈现超亲水性能。

本文在实验中获得的最佳制备条件为：溅射功率为94 W，溅射气压在2.0Pa，氧氩比是2:30，基片温度为400 0C，最后在空气气氛中退火，温度为4500C。

关键词：直流磁控溅射；TiO2薄膜；超亲水性；退火温度Preparing TiO2 Films by DCReactive Magnetron SputteringAbstract: In this paper TiO2films are deposited on the glass substrates by DC reactive magnetron sputtering at different conditions. Super hydrop-hilicity of TiO2 thin film has been examined.The influences of thedeposition such as the total sputtering gas pressure，their relativeoxygen and argon partial pressure,sputtering power,substrate temper-atrue and post-annealing temperature on the optimum performanceof the TiO2 thin film are studied. The results showed that the TiO2thin film sputtered at low temperature is amporphous and has arather poor hydrophilicity.In contrast,annealed at a temperature ran-ging from 400 0C to 500 0C,super hydrophilicity of the anataseph-ased TiO2film can be observed.The best conditions obtained arethat sputtering power is 94 W,sputtering pressure is 2.0 Pa,oxygenargon ratio is 2:30,substrate temperature is 4000C and annealing temperature in air atmosphere is 4500C.keywords:reactive magnetron sputtering;TiO2 thin film;super hydrophilicity;annealing temperature1 绪论TiO2有独特的光学、电学及化学性质，已广泛用于电子、光学和医学等方面。

纳米TiO2薄膜的制备及其光催化性能研究

粉体呈锐钛矿相，８０经０ ℃退火得到了锐钛矿相与金红石相的混合晶相，９０经０ ℃退火完全转化为金红石相。薄
膜表面粒子分布均＞，面平均粗糙度为１５ｎ该薄膜具有较高的光催化活性，直接用于光催化降解有机－表－ｊ．４ｍ，可
ｔｒｕｎｎｏａｎｔｓｈｓｅｎｅｌｇｆｏ３０ｔ０ ℃ ．ｔｔｒｓｉｔｘｄｐａｅｓｒｃｕｅｏｎｔｓｕｅｔｒｓｉｔｎａａａｅｐａｅｗｈｎａｎａｉｒｍ０ ℃ ｏ７０ｎｉｕｎｎｏａｍｉｅｈｓｔｕｔｒｆａａａｅａｄｒｔｌｗｈｎａｎａｉｇａ０￣，ｎｔｔｒｓｉｔｉｇｅｒｔｅｐａｅｗｈｎａｎａｉｇａＯ￣Ｔｈａｔｃｅｉ— ｎｕｉｅｎｅｌｔ８０Ｃａｄｉｕｎｎｏａｓｎｌｕｉｈｓｅｎｅｌｔ９ＯＣ．ｅｐｒｉｌｓｄｓｅｎｌｎｔｉｕｅｏｈｉｓｒａｅａｅｈｍｏｅｅｕｎｈｖｒｇｕｆｃｏｇｎｓｓ１５ｎ￣Ｔｈ０２ｔｉｉｈｓａｒｂｔｎｔｅｆｍｕｆｃｒｏｇｎｏｓａｄｔｅａｅａｅｓｒａｅｒｕｈｅｓｉ．４ｎｌｅＴｉｈｎｆｍａｌｖｒｏｄｐｏｏａａｙｉＩａｅａｐｉｄｉｎｉｌｓｓｃｓｐｏｏａａｙｉｅｒｄｔｎｏｒａｉｏｏｎｓａｄｅｙｇｏｈｔｃｔｌｓｓｔｃｎｂｐｌｍａｙｆｄ，ｕｈａｈｔｃｔｌｔｃｄｇａａｉｆｇｎｃｃｍｐｕｄ，ｎ．ｅｎｅｏｏ

掺镍离子纳米TiO2薄膜的制备及光催化性能分析

ＢｔｉｎｔａｄａｓｌｔｅｙａｃｈｌｓａａｅａａｄＮ（Ｏ）ｓｉｓｕｃ，ｉｃａｎｅｄｏｕｌｔａｎｂｏｅｔｌｌｏａｗｍｔｌｏｒｉｎｒａＮｈｉｐ２～
米ＴＯ薄膜．ｉ通过对样品分析得出：ｉＴＯ薄膜成分主要为锐钛矿相，且其纳米颗粒分布均匀，尺寸在５０～１０ｍ之间．０ｎ对光催化降解甲基橙进行实验分析，结果表明：入镍离子后，高了ＴＯ掺提ｉ薄膜对甲基橙的光催化降解能力．同的掺杂浓度，同的烧结温度导致ＴＯ不不ｉ薄膜的光催化降解率
黄美莹，赵晓旭，金立国，于洋
（哈尔滨理工大学材料科学与工程学院，黑龙江哈尔滨１０４）５００
摘
要：以钛酸四丁酯和无水乙醇为原料，加硝酸镍引入镍离子，用溶胶一凝胶法和浸渍一采
提拉法在玻璃表面施涂膜层，镀膜速度控制在２～３ｍ／ｉ．处理以后，到均匀透明的掺镍纳ｍｍｎ热得
ｓｍｐｅｒｕｄｍａｎｙｃｎｉｔｄｏｎｔｓｉａｔｌｓｗｔｎｆｒｓｅｏ０～１０ｍｈｏｇｅａａｙａｌｓｗｅｅｆｎｉｌｏｓｅｆａａａｅＴＯ２ｒｃｅｉａｕｉｍｉｆｏｓｐｉｈｏｚ５０ｎｔｒｕｈｔｎ — ｈｌｓｓｏｊｆＸＲＤａｄＳｎＥＭ．Ａｃｏｄｎｏｐｏｏａａｙｉｄｇａａｉｎｅｐｒｎｓｏｔｙｒｎｅｔｅｒｓｌｎｉａｅｃｒｉｇｔｈｔｃｔｓｓｅｒｄｔｘｅｍｅｔｎｍｅｌｏａｇ，ｅｕｔｉｄｃｔｌｏｉｈｈｓｔａｈｏｅ ¨ ｃｎｉｒｖｅｐｏｏａａｙｅａａｉｔｆｉ２ｌｄｇａｉｇｍｅｈｌｒｇ，ｔｅｐｏｏａａ— ｈｔｅｄｐｄＮｉａｍｐｏｅｔｈｔｃｔｓｄｃｐｂｌｙｏＯｍｅｄｎｔｙａｅｈｈｔｃｔｌｔｈｌｉＴｉｆｒｏｎｙｉｄｇａａｉｎｒｔｆＴＯ２ｆａｅｔｏｉｇｃｎｅｔａｄｄｆｒｎｉｔｒｇｔｍｐｒｔｒｓＴｅｐｅａｅｓｅｄｔａｉｏｉｌｖｒｄｗｉｄｐｎｏｔｎｎｉｅｅｔｓｎｅｉｅｅａｕｅ．ｈｒｐｄｓｒｏｏｉｍｉｈｆｎｒＴＯｌｅｈｅａｉｅｂｔｒｐｏｏａａｙｉｆｃｅｅｓｔｒｇｔｍｐｒｔｒｓｉ４０ｉ２ｆｇｔｅｒｌｔｅｔｈｔｃｔｌｓｅｅｔｉｍｔｖｅｓｗｈｎｔｉｅｉｅｅａｕｅ０％ａｄｔｅｄｐｎｌｈｎｎｓｎｏｉｇｍｏａｈｒ

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研究了沉积条件例如溅射总气压，氧气和氩薄膜最佳性气的相对分压，溅射功率，基片温度和后续热处理对TiO2薄膜是无定型且能的影响。

实验结果显示：在较低温度下沉积的TiO2亲水性较差。

相反，在4000C到5000C范围内退火过后，薄膜表面呈现超亲水性能。

本文在实验中获得的最佳制备条件为：溅射功率为94 W，溅射气压在2.0Pa，氧氩比是2:30，基片温度为400 0C，最后在空气气氛中退火，温度为4500C。

例如，作为氧传感器用于湿敏、压敏元件及汽车尾气传感器；作为光催化剂,可实现有机物的光催化降解,具有杀菌、消毒和处理污水等作用；利用其亲水亲油的“双亲”特性,可使镀有TiO2薄膜的物体具有自清洁作用，从而达到防污、防雾、易洗、易干等目的；而金红石相TiO2薄膜是很好的人工心脏瓣膜材料。

对于TiO2的研究主要集中在制备、结构、性能和应用等方面。

在TiO2性能方面的研究，尤以对其光催化性能的研究最为丰富。

由于TiO2具有高活性、安全无毒、化学性质稳定(耐化学及光腐蚀)、难溶、成本低等优点，因此被公认为是环境治理领域中最具开发前途的环保型光催化材料。

TiO2作为光催化剂最初采用的是悬浮相，但这种悬浮相的光催化剂存在难搅拌、易失活、易团聚和回收困难等缺点，严重地限制了它的应用和发展。

制备负载型光催化剂是解决这一问题的有效办法,TiO2的薄膜型光催化剂已引起人们的极大兴趣。

1972年Fujishima和Honda在Nature杂志发表了关于在TiO2电极上光分解水的论文，标志光催化自清洁时代的开始[1]。

自此，来自化学、物理、材料等领域的学者围绕光化学的转化和合成，探索多项光催化的开发以提高光催化的效率，做了大量的研究工作，光催化降解污染物一时成为最活跃的研究领域。

为了扩大应用范围，人们将TiO2以薄膜的形式负载于玻璃上，希望利用这种光触媒使玻璃具有自清洁的功能，但发现仅仅是光催化作用还不能满足玻璃自清洁的要求。

1997年科学家首次发现Ti02薄膜的一种新特性一光诱导超亲水性并对其机理进行了解释，当Ti02薄膜表面被光照射后润湿性得到很大改善，使其具有超亲水性，这种亲水表面使有机污物和无机污物不易牢固附着在玻璃上，在雨水的冲刷下容易去除。

有了光诱导亲水性的保障，更借助TiO2的光催化氧化性使涂覆有Ti02薄膜的玻璃具有良好的自洁性能。

自沽玻璃是新型的生态建材，可广泛用于玻璃幕墙、玻璃屋顶、汽车玻璃等行业中，具有重要的社会效益和环境效益。

由此科学工作者开发研制了许多制备TiO2薄膜的方法, 例如溶胶—凝胶法、喷涂法、化学气相沉积法和磁控溅射法等。

但是溶胶—凝胶法和喷涂法所得到的TiO2薄膜的膜厚均匀度难于控制；化学气相沉积法所得到的薄膜与基体的附着力又较差，容易脱落；而磁控溅射法克服前面方法的缺点, 能够获得附着力好、膜厚均一的TiO2薄膜。

本文目的主要是应用DC(直流)磁控溅射设备在玻璃基底上制备TiO2超亲水性薄膜。

应用DC(直流) 磁控溅射设备制备TiO2薄膜有以下优点:(1) 能够控制薄膜的化学计量比；(2) 容易获得高纯度的金属钛靶材；(3) 由于金属钛靶材是导体可以直接应用到DC (直流) 磁控溅射设备上, 避免了应用复杂、昂贵的RF (射频) 磁控溅射设备；(4) 金属钛靶材易于加工成型和与磁控靶连接；(5) 金属钛靶材是热的良导体, 易于冷却避免了工作过程的不稳定；(6) 能够在低温条件下沉积TiO2薄膜。

溅射时的条件决定了能否出现金红石、锐钛矿或是非晶结构。

同时,TiO2膜的晶粒大小也可通过控制溅射过程的参数如沉积速率、溅射气体、氧分压、基体、退火温度以及采用一些特殊的溅射工艺来加以调节。

这样，可以使TiO2薄膜的性能满足不同应用领域的需要。

2 国内外研究文献综述2.1 TiO2的结构TiO2的晶体结构有3种:金红石、锐钛矿和板钛矿。

这些结构的共同点是,其组成结构的基本单位均是TiO6八面体,而区别是这些TiO6八面体是通过共用顶点还是通过共边组成骨架。

锐钛矿结构是TiO6八面体共边组成，而金红石和板铁矿结构则是由TiO6八面体共顶点且共边组成。

因晶体结构不同，3种晶型的性能也有差异。

就薄膜型的TiO2而言，目前只观测到金红石和锐钛矿两种结构，尚未在TiO2薄膜中观测到板钛矿结构[2]。

影响TiO2薄膜结构的因素较多,目前研究最多的是温度和氧分压对TiO2薄膜结构的影响。

表2.1 TiO2的晶体结构锐钛矿相TiO2具有良好的光催化性和光致亲水性。

锐钛矿相的光催化性和光致亲水性的反应原理大同小异，实践中可检测其中任意一项大概判定薄膜是否有锐钛矿相。

与金红石相相比锐钛矿型TiO2的光催化活性最好，约为金红石型的300～2000倍[3]。

无定形和板钛矿相的TiO2无光催化活性。

一定比例的混晶由于两种结构混杂增大了半导体氧化物晶格内的缺陷浓度而显示出更强的光催化活性，何建波等[4] 认为锐钛矿与金红石的质量比为7∶3的混晶(热处理温度670 ℃) 的光催化活性最强。

2.2 TiO2薄膜亲水性原理TiO2是一种n型氧化物半导体，对锐钛矿结构的TiO2，其禁带宽度约为3.2eV，相应的截止波长值约为380nm。

它在波长短于380nm的紫外线照射下，表面产生氧空穴和电子，对应的Ti4+转化为Ti3+。

当表面有水分子时,空穴与水反应生成·OH羟基，这种·OH羟基使表面与极性水分子的相互作用变强，这样在氧空穴处形成了亲水区域。

也就是说，在紫外光的照射下，H2O在TiO2表面的吸附由物理吸附转变为化学吸附，宏观上表现为水在其表面的接触角变小。

TiO2表面的氧与羟基（化学吸附水）的置换,形成二维毛细管现象。

当TiO2表面不再受到紫外线照射时,氧空穴有可能捕获电子或者活泼的羟基与其它气体发生化学反应而逐渐失去活性，宏观表现为水的接触角逐渐变大，即紫外线照射后的TiO2薄膜表面的亲水性能具有一定的寿命。

因此，测量水在TiO2薄膜表面的接触角可以研究TiO2薄膜的亲水性能。

2.3 相关参数对TiO2薄膜结构及其性能的影响2.3.1 晶粒尺寸通常认为粒子尺寸越小,其光催化活性越高[5]。

纳米尺寸的TiO2具有更高的光催化活性，这是因为当半导体颗粒尺寸接近10 nm时，出现量子尺寸效应，即半导体导带和价带变为分立的能级，能隙变宽，从而导带电位更负，价带电位更正,使其获得更强的氧化还原能力，因而催化活性大大提高[6]。

2.3.2 结晶度和晶格缺陷TiO2 晶体发育不良，晶格缺陷多，将会降低TiO2的光催化活性。

因缺陷(如空位、畸变、界面、位错等)是光生电子-空穴深层捕获的陷阱和复合中心。

为了提高光生载流子的分离效率，TiO2需要有良好的结晶度、无或少晶格缺陷。

2.3.3表面积和表面预处理在其它因素相同时，增大TiO2的表面积，有助于光生载流子的生成和反应物在表面的吸附，有利于光的吸收，从而使光催化能力提高。