二氧化鈦?zhàn)郧鍧嵄∧さ娜苣z—凝膠法制備.pdf

1、本論文首先對(duì)自潔玻璃的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展前景進(jìn)行了介紹，然后對(duì)二氧化鈦的光催化機(jī)理和超親水性作用機(jī)理及其影響因素做了詳盡的綜述。 由于TiO2的帶隙較寬(約3.2eV)，光吸收波長(zhǎng)范圍窄，故其對(duì)太陽(yáng)能的利用效率較低，且還存在半導(dǎo)體載流子的復(fù)合率高、量子化效率低及光照停止后親水性能的持續(xù)時(shí)間較短等缺陷。本論文從TiO2的摻雜改性和結(jié)構(gòu)修飾著手，針對(duì)二氧化鈦?zhàn)郧鍧嵭阅苡写岣叩膯?wèn)題，用溶膠—凝膠結(jié)合浸漬提拉法在玻璃載片

2、上制備了TiO2薄膜及SiO2/TiO2、Fe2O3/TiO2、SiO2/Fe2O3/TiO2復(fù)合薄膜，并結(jié)合X射線衍射、掃描電鏡(SEM)、X射線光電子能譜儀及SL200A型接觸角儀對(duì)它們進(jìn)行表征，建立TiO2復(fù)合薄膜組成、結(jié)構(gòu)及性能三者間的關(guān)系。 通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，隨著SiO2添加量的增加，TiO2晶相有向低溫態(tài)(anatase)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，晶粒尺寸減小且顆粒逐漸變得均勻。晶粒的細(xì)化促進(jìn)了電子—空穴對(duì)的有效分離，同時(shí)二氧化鈦比表

3、面積的增大能夠吸附更多的反應(yīng)物，進(jìn)而提高了SiO2/TiO2復(fù)合粉體的光催化活性。SiO2摻雜量為5％mol的鈦硅復(fù)合氧化物(450℃熱處理)對(duì)甲基橙水溶液(10mg/L)的光催化降解效果最好，經(jīng)4h紫外光照射后降解率為36.7％。粗燥度增加且酸性增強(qiáng)的SiO2/TiO2復(fù)合薄膜表面能夠吸附更多的羥基，從而展現(xiàn)出更好的超親水性能。摻硅5％mol的4層SiO2/TiO2復(fù)合薄膜光誘導(dǎo)超親水性效果最好，經(jīng)過(guò)80min紫外光光照后接觸角便能從

4、44.46°降低到6.42°。 對(duì)于Fe2O3/TiO2復(fù)合薄膜，F(xiàn)e能級(jí)的介入會(huì)改變電子躍遷能級(jí)，使TiO2的吸收帶邊產(chǎn)生少量的紅移，從而提高了其在可見(jiàn)光照射下的光催化活性和超親水性能。隨著Fe3+離子摻入量的增加，F(xiàn)e2O3/TiO2復(fù)合粉體對(duì)甲基橙水溶液的降解率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)Fe3+離子的摩爾摻雜濃度為0.5％時(shí)，其光催化降解效果最好。經(jīng)4h的紫外光照射后降解率能達(dá)到42.4％。同時(shí)成為淺勢(shì)捕獲中心的Fe3+抑

5、制了光生電子—空穴對(duì)的復(fù)合，使得Fe2O3/TiO2復(fù)合薄膜表面產(chǎn)生較大濃度的氧空位，其親水性能得到增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)Fe2O3的最佳摩爾摻雜濃度為0.5％，經(jīng)6h紫外光光照后，接觸角降到最低且為7.07°。 Fe2O3的摻雜能提高TiO2復(fù)合薄膜在可見(jiàn)光照射下的光敏性，同時(shí)SiO2的摻雜能顯著改善薄膜的親水性，但硅鐵共摻雜的SiO2/Fe2O3/TiO2三元復(fù)合薄膜卻未能達(dá)到預(yù)期的既提高薄膜的光敏性又改善其親水性的目標(biāo)。