鋁板表面納米TiO-,2-薄膜的制備、表征及其性能研究.pdf

1、TiO2是一種重要的寬禁帶半導體材料，主要有3種晶型，即金紅石、銳鈦礦和板鈦礦結(jié)構，其中金紅石和銳鈦礦屬四方晶系，板鈦礦屬正交晶系。自從1972年發(fā)現(xiàn)TiO2電極在光照下可以分解水以來，TiO2以其光催化性和光致親水性在有機污染物光降解和自清潔方面得到廣泛的研究和應用。TiO2薄膜光催化劑具有易回收、無毒、低成本、高效、殺菌、除臭及抗腐蝕等特點，使之在空氣凈化、污水處理、自潔和防霧等方面有著廣闊的應用前景。本論文將納米TiO2與鋁板聯(lián)系

2、起來，在鋁板表面制備了納米TiO2薄膜，在不損失鋁板原有性能的基礎上，得到了兼有光催化和自清潔功能的金屬鋁復合材料。由于傳統(tǒng)的方法多涉及高溫轉(zhuǎn)晶過程，需要經(jīng)過400℃以上的高溫熱處理。而高溫熱處理工業(yè)化成本高，同時也限制了基板的選擇。考慮到鋁板的耐熱性，作者深入研究了鋁板表面低溫制備TiO2的薄膜技術，對TiO2在污水處理和空氣凈化領域的實用化具有重要的現(xiàn)實意義。 本文著重發(fā)展了TiO2薄膜的低溫制備技術，分別采用溶膠-凝膠法，

3、過氧鈦酸法和熱液法三種方法在鋁板表面低溫制備了納米TiO2薄膜，分別采用SEM、UV-Vis、XRD、XPS、FT-IR、Raman等手段對薄膜樣品進行表征，并測試了這三種不同方法制備TiO2薄膜的光催化活性和光致親水性，為實現(xiàn)鋁基板表面制備TiO2薄膜工業(yè)化提供理論基礎。主要研究內(nèi)容及成果如下： 1.溶膠-凝膠法直接制備的TiO2薄膜是無定形的，通過對不同基底的薄膜樣品在450℃條件下退火處理后得到了銳鈦礦型TiO2薄膜。研究

4、發(fā)現(xiàn)不同基底光催化活性存在很大的差異，通過XPS深度分析薄膜中各元素的原子狀態(tài)及其分布，得到不同基底界面擴散規(guī)律，指出界面擴散直接導致薄膜光催化活性的差異，并從結(jié)晶理論和電子遷移角度解釋了這一現(xiàn)象?；咫S著層數(shù)的增加，光催化效率有所增加，6層膜以后亞甲基藍的光降解率就基本不發(fā)生變化，達到了一個最佳厚度。 2.采用過氧鈦酸法和熱液法，通過優(yōu)化工藝參數(shù)，分別在溫度低于100℃的條件下分別制得了具有銳鈦礦晶型的TiO2水溶膠，在鋁板上

5、拉膜直接得到銳鈦礦型TiO2薄膜，本論文系統(tǒng)研究了薄膜表面形貌及結(jié)構和不同層數(shù)TiO2薄膜的光降解亞甲基藍溶液的性質(zhì)，結(jié)果表明4層膜以后亞甲基藍的光降解率就基本不發(fā)生變化，達到了一個最佳厚度。同時也分別考察了兩種方法制備的TiO2薄膜的光致親水性。 3. 以上三種方法相比較，可以得出，溶膠.凝膠法由于界面擴散的存在具有很強的牢固性，所制備的TiO2薄膜具有較好的光催化活性和光致親水性。缺點是需要400℃以上的高溫處理薄膜才具有光