Rao Zhipeng

In-Situ Nitrogen Doping of the TiO2 Photocatalyst Deposited by PEALD for Visible Light Activity

In this paper, an N-doped titanium oxide (TiO2) photocatalyst is deposited by a plasma-enhanced atomic layer deposition (PEALD) system through the in-situ doping method. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis indicates that substitutional nitrogen atoms (~395.9 eV) with 1 atom% are effectively doped into TiO2 films. UV-VIS spectrometry shows that the in-situ nitrogen doping method indeed enhances the visible-activity of TiO2 films in the 425–550 nm range, and the results of the performance tests of the N-doped TiO2 films also imply that the photocatalysis activity is improved by in-situ doping. The in-situ doping mechanism of the N-doped TiO2 film is suggested according to the XPS results and the typical atomic layer deposition process.

PEALD原位掺杂制备纳米TiO 2- x N x 光催化剂

采用等离子体增强型原子层沉积(PEALD)系统原位掺杂制备了TiO 2- x N x 光催化剂。利用光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、光致发光(PL)光谱和紫外–可见光(UV-Vis)光谱对催化剂进行了表征, 并研究了TiO 2- x N x 纳米薄膜在可见光照射下水接触角的变化和催化降解亚甲基橙(MO)溶液的性能。结果表明, 等离子体功率变化可以改变掺入氮原子的结构, 在功率为50 W时主要形成替换式氮原子, 含量约为1.22at%, 晶体为锐钛矿(101)型。结构无明显缺陷, 且掺杂后TiO 2- x N x 薄膜光生电子–空穴对复合率低, 有利于光催化效率的提高。该方法解决了传统ALD工艺制备TiO 2- x N x 光催化剂时容易形成氧空位的问题, 实现了TiO2-xNx纳米材料的可见光( λ <800 nm)吸收和可见光光催化性能。采用等离子体增强型原子层沉积(PEALD)系统原位掺杂制备了TiO 2- x N x 光催化剂。利用光电子能谱(XPS)、高分辨率透射电镜(HRTEM)、光致发光(PL)光谱和紫外–可见光(UV-Vis)光谱对催化剂进行了表征, 并研究了TiO 2- x N x 纳米薄膜在可见光照射下水接触角的变化和催化降解亚甲基橙(MO)溶液的性能。结果表明, 等离子体功率变化可以改变掺入氮原子的结构, 在功率为50 W时主要形成替换式氮原子, 含量约为1.22at%, 晶体为锐钛矿(101)型。结构无明显缺陷, 且掺杂后TiO 2- x N x 薄膜光生电子–空穴对复合率低, 有利于光催化效率的提高。该方法解决了传统ALD工艺制备TiO 2- x N x 光催化剂时容易形成氧空位的问题, 实现了TiO2-xNx纳米材料的可见光( λ <800 nm)吸收和可见光光催化性能。