過氧鈦系溶膠制備TiO-,2-薄膜及結(jié)構(gòu)表征、摻雜和可見光化研究.pdf

1、針對TiO<,2>光催化氧化技術(shù)中存在的光催化量子效率低,吸收和利用可見光譜范圍有限等問題,本文以廉價(jià)無機(jī)鹽TiOSO<,4>為原料,采用過氧化氫膠溶、壓力釜和回流處理制備了全新的過氧鈦系PTA、AS和RS溶膠,對溶膠的性質(zhì)和制備過程進(jìn)行了討論.以上述三種溶膠為前驅(qū)體制備了納米TiO<,2>光催化薄膜,通過各種表征手段詳細(xì)研究了工藝參數(shù)對薄膜的結(jié)構(gòu)、組成、吸光性能及光催化活性的影響.采用Fe、W、Ag、Pd四種金屬元素和新型窄帶半導(dǎo)體I

2、nVO<,4>對Ti02薄膜進(jìn)行了摻雜修飾,研究了摻雜對TiO<,2>薄膜結(jié)構(gòu)、組成以及紫外和可見光催化性能的影響,探討了摻雜實(shí)現(xiàn)TiO<,2>薄膜可見光化的機(jī)理. 三種過氧鈦系溶膠均能穩(wěn)定存在,其中PTA溶膠pH值呈中性、透明狀,對PTA溶膠的形成過程進(jìn)行了討論,表明PTA溶膠是由過氧鈦酸多聚體離子組成的帶有負(fù)電荷的膠粒分散在水中構(gòu)成.而AS和RS溶膠則為弱堿性、半透明狀,溶膠中含有針狀銳鈦礦TiO<,2>晶粒,晶粒間以過氧鈦

3、酸膠粒的負(fù)電荷互斥作用穩(wěn)定存在.從水熱化學(xué)和結(jié)晶學(xué)的角度分析了AS溶膠在水熱條件下形成的過程,解釋了針狀銳鈦礦晶粒形成的原因,并分析了AS和RS溶膠的不同形成過程.由三種過氧鈦系溶膠制備的TiO<,2>薄膜均為透明狀,薄膜表面均勻致密.對甲基橙的光催化降解結(jié)果表明,由三種溶膠制備的TiO<,2>薄膜對甲基橙均顯示出良好的降解效果,經(jīng)處理后的AS和RS溶膠有效地降低了薄膜的熱處理溫度.RS溶膠經(jīng)低溫干燥即制備了具有良好可見光活性的TiO<

4、,2>薄膜,從過氧鈦酸分子敏化的觀點(diǎn)出發(fā)解釋了產(chǎn)生可見光活性的原因. 通過Fe、W、Ag、Pd的摻雜修飾使TiO<,2>薄膜在可見光區(qū)的吸收增強(qiáng),擴(kuò)展了光譜的響應(yīng)波長范圍,提高了薄膜的紫外光和可見光催化活性,對摻雜修飾的機(jī)理進(jìn)行了討論.新型窄帶半導(dǎo)體InVO<,4>的摻雜顯著提高了TiO<,2>薄膜的可見光活性,UV-Vis光譜的吸收帶邊紅移至了可見光區(qū).InVO<,4>的加入與TiO<,2>形成了異質(zhì)結(jié),光照時(shí)InVO<,4>