[发明专利]一种利用Nb掺杂增强Ga2O3薄膜光催化降解有机污染物的方法

说明书

一种利用Nb掺杂增强Ga₂O₃薄膜光催化降解有机污染物的方法，属于半导体材料光催化降解有机污染物领域。本发明选用Nb作为掺杂剂，采用磁控溅射法在石英基片上沉积一层Nb掺杂的Ga₂O₃薄膜，Nb的掺杂显著增强了Ga₂O₃薄膜降解有机污染物的速率。

技术领域

本发明涉及一种利用Nb掺杂增强Ga₂O₃薄膜光催化降解有机污染物的方法，属于半导体材料光催化降解有机污染物领域。

背景技术

随着印染行业的快速发展，大量的染料废水被排放等待处理，染料废水中含有大量的苯、甲苯及萘等稳定性很强的有机污染物。目前，去除有机污染物主要采用生物法和化学氧化法，其中生物法降解有机污染物需要一种特定的微生物群，这种方法具有微生物的驯化周期较长，且单一的微生物不能全部降解废水中种类繁多的有机污染物的缺点。光催化氧化使水中产生许多活性极高的自由基，这些自由基很容易破坏有机物结构，且能同时对多种有机污染物进行降解，因此光催化降解是环境研究中的一个热点问题。近年来，Ga₂O₃作为一种新兴的半导体催化材料受到越来越多的关注。

为了提高Ga₂O₃材料的催化降解效率，科研工作者对Ga₂O₃材料进行了掺杂研究。研究发现金属离子掺入和过渡金属掺杂均能有效提高Ga₂O₃材料的催化降解效率。这些材料工艺方法的基本原理是通过添加电子受体或改变催化剂的结构和组成来平衡光催化反应的半反应速率，且电子受体的存在可以清除被激发的电子，完全阻止电子空穴对的复合，进而提高Ga₂O₃材料的催化降解效率。寻找更适合Ga₂O₃光催化的掺杂剂，并对其进行有效掺杂将对此领域的发展具有重要意义。

发明内容

本发明选用Nb作为掺杂剂，采用磁控溅射法在石英基片上沉积一层Nb掺杂的Ga₂O₃薄膜，Nb的掺杂显著增强了Ga₂O₃薄膜降解有机污染物的速率。

本发明的目的可通过如下技术流程实现：

(1)采用石英片作为Ga₂O₃薄膜生长的基片，对石英基片进行超声清洗。

(2)采用射频磁控溅射设备双靶共溅射法在石英基片上沉积一层Nb掺杂的Ga₂O₃薄膜材料。

(3)采用管式炉对Ga₂O₃薄膜材料进行慢退火处理。目的是减少Ga₂O₃薄膜结构缺陷，提高结晶化程度，增大晶粒尺寸，进一步提高薄膜质量。

(4)将制备的Nb掺杂Ga₂O₃薄膜应用于有机污染物降解。

与已有技术相比，本发明的特征在于采用Nb作为Ga₂O₃的掺杂剂，Nb的掺杂显著增强了Ga₂O₃薄膜降解有机污染物的速率。

附图说明

图1为Nb掺杂Ga₂O₃薄膜生长示意图：(Ⅰ)石英基片；(Ⅱ)Ga₂O₃靶材；(Ⅲ)Nb₂O₅靶材(Ⅳ)真空腔；

图2为光催化降解示意图：(Ⅰ)紫外光源；(Ⅱ)卡槽；(Ⅲ)载物台。