二氧化鈦自清潔薄膜的溶膠—凝膠法制備.pdf

1、本論文首先對自潔玻璃的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、存在的問題及發(fā)展前景進行了介紹，然后對二氧化鈦的光催化機理和超親水性作用機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)，光吸收波長范圍窄，故其對太陽能的利用效率較低，且還存在半導體載流子的復合率高、量子化效率低及光照停止后親水性能的持續(xù)時間較短等缺陷。本論文從TiO2的摻雜改性和結(jié)構(gòu)修飾著手，針對二氧化鈦自清潔性能有待提高的問題，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型接觸角儀對它們進行表征，建立TiO2復合薄膜組成、結(jié)構(gòu)及性能三者間的關(guān)系。 通過研究發(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，晶粒尺寸減小且顆粒逐漸變得均勻。晶粒的細化促進了電子—空穴對的有效分離，同時二氧化鈦比表

3、面積的增大能夠吸附更多的反應物，進而提高了SiO2/TiO2復合粉體的光催化活性。SiO2摻雜量為5％mol的鈦硅復合氧化物(450℃熱處理)對甲基橙水溶液(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的SiO2/TiO2復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復合薄膜光誘導超親水性效果最好，經(jīng)過80min紫外光光照后接觸角便能從

4、44.46°降低到6.42°。 對于Fe2O3/TiO2復合薄膜，F(xiàn)e能級的介入會改變電子躍遷能級，使TiO2的吸收帶邊產(chǎn)生少量的紅移，從而提高了其在可見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復合粉體對甲基橙水溶液的降解率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當Fe3+離子的摩爾摻雜濃度為0.5％時，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到42.4％。同時成為淺勢捕獲中心的Fe3+抑

5、制了光生電子—空穴對的復合，使得Fe2O3/TiO2復合薄膜表面產(chǎn)生較大濃度的氧空位，其親水性能得到增強。實驗證實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復合薄膜在可見光照射下的光敏性，同時SiO2的摻雜能顯著改善薄膜的親水性，但硅鐵共摻雜的SiO2/Fe2O3/TiO2三元復合薄膜卻未能達到預期的既提高薄膜的光敏性又改善其親水性的目標。