研究目的
研究原子层沉积法制备的黑色二氧化钛薄膜在光催化应用中的合成、性能及稳定性，重点通过退火后处理调控其分子与电子结构。
研究成果
通过原子层沉积法生长的黑色TiO2薄膜因Ti3+态而具有高导电性和宽可见光吸收范围，但在碱性条件下稳定性较差。氧化处理可使薄膜结晶为金红石相TiO2，从而增强光电化学稳定性和水分解的光催化活性?；乖嘶鹉茉诒３址蔷Ы峁沟耐碧嵘榷ㄐ?。这些性能的多样性凸显了其在光电子学和光催化领域定制化应用的潜力。
研究不足
该研究仅限于通过原子层沉积（ALD）在特定衬底上生长的薄膜；未涉及扩展至其他沉积方法或块体材料的情况。稳定性提升需要高温处理，这可能不适用于所有应用场景。氮杂质和缺陷类型的作用仍有进一步优化的空间。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用原子层沉积（ALD）法制备TiO?薄膜，并通过氧化与还原环境下的退火处理调控其性能。理论模型运用Moss-Burstein效应解释光学带移现象。
2：样品选择与数据来源：
以n型Si(100)晶圆和透明石英玻璃为衬底，薄膜厚度优化为30纳米以实现最佳光电化学效率。
3：实验设备与材料清单：
ALD反应腔室、管式退火炉、紫外-可见分光光度计、扫描电子显微镜（SEM）、掠入射X射线衍射仪（GIXRD）、X射线光电子能谱（XPS）、紫外光电子能谱（UPS）、光电化学（PEC）测试系统。所用材料包括四(二甲氨基)钛(IV)（TDMAT）、去离子水、氩气、氢氧化钠溶液。
4：实验流程与操作规范：
ALD工艺在200°C下采用TDMAT与水作为前驱体进行沉积。退火处理分为两步：空气氛围中200-500°C温度区间退火45分钟，或超高真空（UHV）环境下600°C退火。表征手段包含光学吸收测试、电导率测量、SEM分析、GIXRD检测、XPS分析、UPS测试及1M氢氧化钠溶液中的PEC性能测试。
5：数据分析方法：
通过吸收光谱拟合、I-V曲线电导率计算、XRD图谱物相鉴定、XPS谱图元素定量分析等技术处理实验数据。
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获取完整内容-
ALD reactor
Used for growing TiO2 thin films via atomic layer deposition.
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SEM
Used for imaging the surface morphology of TiO2 films.
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GIXRD
Used for analyzing the crystal structure and phases of TiO2 films.
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XPS
Used for studying the elemental composition and chemical states of TiO2 films.
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UPS
Used for investigating the valence band structure of TiO2 films.
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UV-Vis spectrophotometer
Used for measuring optical absorption of TiO2 films.
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Tube furnace
Used for annealing TiO2 films in air at various temperatures.
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UHV chamber
Used for reductive annealing of TiO2 films in ultrahigh vacuum.
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PEC setup
Used for photoelectrochemical testing of TiO2 films in alkaline conditions.
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