納米TiO2薄膜及其復合薄膜的制備與光催化性能研究

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1、青島科技大學碩士學位論文納米TiO<,2>薄膜及其復合薄膜的制備與光催化性能研究姓名：劉凡新申請學位級別：碩士專業(yè)：材料物理與化學指導教師：崔作林20030518納米Ti如薄膜及其復合薄膜的制備與光催化性能研究納米TiOz薄膜及其復合薄膜的制備與光催化性能研究摘要納米二氧化鈦是一種重要的無機功能材料，價廉、完全無公害且極穩(wěn)定。其應用涉及微電子、太陽能利用、光催化、環(huán)境工程等應用領域。但在光催化應用領域，納米二氧化鈦粉體作為懸浮相光催化劑存在易失活、易凝聚、難回收等缺點。故本文在參閱了大量文獻的基礎上，利用溶膠一凝膠法制備納米二氧化鈦薄膜，負載于玻璃、硅片及多孔陶瓷等載體上，并采取金屬摻雜

2、、表面多孔化、半導體耦合等方法來提高其光催化效率，取得了良好的效果，為投入實際應用提供了可能性。本文以鈦酸四丁酯為前驅(qū)物，用溶膠，凝膠法以浸潰．提拉方式在玻璃基體及多孔陶瓷上制各了納米Ti02薄膜。并對其溶膠．凝膠過程，在原料配比、螯合劑種類、反應溫度、熱處理、提拉方式等不同條件下進行了分析研究，結(jié)合DTG．DSC、XRD、u仁Vis和FT-IR等測試手段得出了最佳工藝。通過掃描電鏡(SEM)和重量法測定了薄膜的厚度，每鍍一次，薄膜的厚度增加約為0．12urn，并分析了表面的微結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，薄膜表面無微開裂現(xiàn)象，膜內(nèi)部比表面積大，Ti02顆粒分布均勻，薄膜中出現(xiàn)的銳鈦礦相在(10I)面

3、有一定的擇優(yōu)取向。為考察Ti仍薄膜的光催化性能，通過溶膠．凝膠工藝在玻璃表面及多孔陶瓷表面制得了均勻透明的摻鈰納米Ti02薄膜，利用SEM、XRD及UV-VIS等手段對玻璃表面摻鈰納米Ti02薄膜進行了表征。且UV-VIS研究表明，摻鈰納米Ti02薄膜在近紫外的吸光度有明顯提高。利用自行設計的反應器，此反應器由廣口瓶改裝而成。以多孔陶瓷為介質(zhì)，對甲醛、甲苯等有機物進行了光催化降解研究，結(jié)果表明，摻鈰納米Ti02薄膜對甲醛甲苯有極高的光催化降解效率，催化反應近似符合零級反應動力學。最后通過質(zhì)譜研究，論證了甲醛甲苯的降解歷程。由于薄膜成本低廉，易于工業(yè)化，為凈化室內(nèi)空氣及清除水中有機物污染物

4、開辟了新的途徑。為提高Ti02薄膜的光催化效率及有效的利用可見光，本文利用金屬摻雜可形成電子捕獲中心，降低光生電子．空穴對的復合幾率及可提高其光譜吸收范圍的原理，采取正交表L16(4)5安排實驗，考察了金屬元素摻雜種類、金納米Ti嘎薄膜及其復臺薄膜的制備與光催化性能研究屬含量、PEG含量、涂膜層數(shù)及光照時間對納米Ti02復合薄膜的光催化性能的影響，從而得出最優(yōu)方案。從正交表中可以看出，隨著聚乙二醇(PEG)的加入，多孔Ti02薄膜表面的羥基含量也增加，薄膜表面的親水性增強，光催化活性也提高。紫外一可見光透過光譜分析表明，隨著Ti02薄膜中孔徑的增大，光的散射增強，透過率減少。甲基橙溶液的

5、光催化降解實驗表明，在TiO：薄膜中引入適當大小的微孔可顯著增強薄膜的光催化活性，但當孔徑過大(聚乙二醇含量增加)，薄膜的光催化活性減弱。本實驗選用甲基橙溶液作為光降解對象，主要是由于其作為一有機染料，比較有代表性。利用Ti02光催化降解有機污染物應用的另一個重要方面就是光催化殺菌，為此比較了金屬(Ce、Cu、La、Ag)摻雜光催化薄膜的抗菌性能，得出摻銀Ti02薄膜抗菌效果最佳，為凈化室內(nèi)空氣開辟了新的途徑。本文還采用S01．Gel工藝在載玻片表面、多孔陶瓷表面及玻璃纖維表面制得了均勻透明的納米Ti0：復合薄膜；以甲基橙為研究對象，紫外燈為光源，研究了甲基橙初始濃度、光照時間、催化劑載

6、體比表面積、初始溶液的pH值對甲基橙降解率的影響；并比較了半導體耦合薄膜的光催化降解能力，研究結(jié)果表明：Sn0。一Ti0：復合膜相對于其它耦合膜及金屬(La)摻雜膜有較高的降解率。關(guān)鍵詞：納米Ti0：薄膜；溶膠一凝膠法；金屬摻雜；半導體耦合；光催化納米Ti02薄膜及其復合薄膜的制備與光催化性能研究PreparationandPhotocatalvticPropertiesofNanometerTi02TbinFilmsandNanometerTio，CompositeThinFilmsABSTRACTNanometertitaniumdioxideiswidelyusedinthefie

7、ldssuchaselectronics。solarenergy,photocatalysis，environmentalengineeringandSOon．Asimportantinorganic—functionalmaterials，ithasrelativelowprice，noharmandstability．However,inthefieldofphotocatalysis，nanometertitaniumdiox