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(dǎo)體材料，主要有3種晶型，即金紅石、銳鈦礦和板鈦礦結(jié)構(gòu)，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(jī)污染物光降解和自清潔方面得到廣泛的研究和應(yīng)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(diǎn)，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(yīng)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(chǔ)上，得到了兼有光催化和自清潔功能的金屬鋁復(fù)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?zé)崽幚?。而高溫?zé)崽幚砉I(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(shù)，對TiO2在污水處理和空氣凈化領(lǐng)域的實(shí)用化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文著重發(fā)展了TiO2薄膜的低溫制備技術(shù)，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(jìn)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(shí)現(xiàn)鋁基板表面制備TiO2薄膜工業(yè)化提供理論基礎(chǔ)。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(kuò)散規(guī)律，指出界面擴(kuò)散直接導(dǎo)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(lán)的光降解率就基本不發(fā)生變化，達(dá)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(gòu)和不同層數(shù)TiO2薄膜的光降解亞甲基藍(lán)溶液的性質(zhì)，結(jié)果表明4層膜以后亞甲基藍(lán)的光降解率就基本不發(fā)生變化，達(dá)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(kuò)散的存在具有很強(qiáng)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(diǎn)是需要400℃以上的高溫處理薄膜才具有光