CN100448780C - 一种利用光照使硫化镉薄膜表面亲水的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用光照使硫化镉薄膜表面亲水的方法属于材料的表面物理化学领域。硫化镉薄膜是一种被广泛应用的光催化材料。由于CdS薄膜在生长过程中，CdS容易形成各种缺陷结构和表面的粗糙不平导致CdS通常处于一种疏水状态。本发明的技术方案是：制备100纳米到500纳米CdS薄膜，保持薄膜表面的干燥，将所制备的CdS薄膜用发出紫外光的灯进行照射，该灯的功率在200瓦-1000瓦之间，并对样品照射3到6小时。本发明处理后的CdS薄膜接触角测试表明实验结果在2°-34°之间，进一步提高硫化镉薄膜以及其与二氧化钛复合之后的光催化效率。

Description

一种利用光照使硫化镉薄膜表面亲水的方法
技术领域
本发明涉及一种薄膜表面处理的方法，该种技术适用于降解废水废气物的光催化材料和太阳能电池材料的表面处理，属于材料的表面物理化学领域。
背景技术
随着人类经济和社会的不断发展，可持续发展已经成为各国发展的重要议题。人们在发展经济的同时，也一直寻求对环境污染和破坏的最小化，因此人们一直在寻找有效治理污染的途径，其中一种途径就是对废水和废气中的有害物质进行分解处理。光催化处理是这种途径中非常重要的方法之一，它可以利用光的能量来加速有害物质分解，而光催化材料是这种方法中的最关键要素，已经有许多种材料被发现具有光催化性能，其中最典型的就是二氧化钛(TiO2)。然而，由于TiO2的光学带隙在3.0eV，所以太阳光中TiO2可以吸收和利用的光线波段相对来说非常少。这也就是说明，在丰富的可见光波段，TiO2并不能充分的利用。解决这个问题的方法之一，就是对TiO2材料进行复合。在众多可选择的复合材料中，硫化镉(CdS)就是一种理想的选择。
CdS是一种光学带隙2.5eV的较窄禁带半导体，波长小于或者等于495nm就可以将价带电子激发到导带，这样将CdS和TiO2进行复合，就可以制成效率更高的复合型光催化剂。
由于应用在废水和有毒染料的降解中，单层TiO2光催化薄膜具有良好的超亲水性从而有利于其光催化性能的发挥。那么在使用CdS对TiO2复合之后，就对复合材料提出两个要求：一个是材料的带隙在可见光范围内，这点CdS已经满足；此外希望这种CdS薄膜同TiO2一样，能够同时具有超亲水性能。然而由于CdS薄膜在生长过程中，CdS容易形成各种缺陷结构和表面的粗糙不平导致CdS通常处于一种疏水状态。这就提出了对CdS薄膜进行表面处理的要求，其目的是实现CdS薄膜的亲水性能，从而达到其作为光催化材料的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种CdS薄膜的表面处理方法，以减小薄膜表面与水的接触角，使得薄膜的浸润性能从原始的疏水转变到亲水，为增强其光催化性能和其它可能的光电应用打下基础。
为了解决上述问题，本发明使用发出紫外光的灯对进行照射，对不同薄膜进行不同时间照射表明，CdS薄膜对水的接触角明显减小，实现从疏水到超亲水的转变。我们的研究表明，紫外光照射会使得CdS表面产生更多的电子空穴对，这时空穴会和原来CdS中的原子发生反应形成离子空位。这些靠近表面的缺陷导致了更多的化学吸附，导致了亲水。
本发明利用光照实现CdS薄膜由疏水向超亲水的转变，其特征在于，包括以下步骤：
制备100纳米到500纳米CdS薄膜，保持薄膜表面的干燥，将所制备的CdS薄膜用发出紫外光的灯进行照射，该灯的功率在200瓦-1000瓦之间，并对样品照射3到6小时。
使用接触角仪对CdS样品的接触角进行表征。
与已有技术相比，本发明的特征在于：通过简单的光照处理，利用光生载流子和薄膜本身缺陷的结合增加了样品的化学吸附能力，首次实现了对于硫化物表面，特别是CdS表面由疏水向亲水的转变，为提高其光催化性能以及和TiO2的复合打下了良好的基础。
利用以上技术，针对不同的CdS薄膜进行光照处理，处理前的CdS薄膜接触角均为140°左右，处理后的接触角测试表明实验结果在2°-34°之间，该方法实现了CdS薄膜由疏水到亲水状态的转变。
此外，我们在研究中发现，照射6小时后，CdS薄膜已经处于超亲水状态，若照射时间再延长，薄膜仍然保持超亲水状态，但薄膜与水的接触角不再变化。因此从节能的角度考虑，我们不再延长对薄膜的照射时间。
具体实施方式
以下用三个实施例子来进一步介绍本发明：实施例采用汞灯(波长250nm-450nm，属于紫外光区域)来提供紫外光，其它能够产生紫外光的灯也应该属于本发明的范围。
实施例一：
选择膜厚约为100nm的硫化镉薄膜，照射前应保持薄膜表面干燥。将制备的样品放在500W汞灯照射6小时后，该样品和水的接触角达到2°，呈现出超亲水状态。
实施例二：
选择厚度为300nm的硫化镉薄膜，保持其表面干燥，在200W汞灯下照射3个小时，再次测量薄膜和水的接触角，角度为34°，薄膜处于亲水状态。
实施例三：
针对厚度为500nm硫化镉薄膜，保持其表面干燥，用1000W汞灯照射4小时，测量其接触角，测量结果为10°。表明薄膜表面已经呈现超亲水状态。

Claims (1)

1、一种利用光照使硫化镉薄膜表面亲水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备100纳米到500纳米CdS薄膜，保持薄膜表面的干燥，将所制备的CdS薄膜用发出紫外光的灯进行照射，该灯的功率在200瓦-1000瓦之间，并对样品照射3到6小时。
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紫外可见分光光度法检测硫化镉薄膜性质研究. 王荣等.光电子，第9卷第2期. 1998
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