低溫制備可見光響應(yīng)的TiO2-SiO2薄膜及光催化降解應(yīng)用研究.pdf

1、TiO2因其化學(xué)穩(wěn)定性、儲量豐富、無毒和廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)已成為最有前途的半導(dǎo)體光催化劑。然而，純TiO2的帶隙較寬(銳鈦礦Eg=3.2eV)，只能利用太陽光中的紫外光，使其應(yīng)用受到限制。TiO2粉末在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中存在諸多缺點(diǎn)，如不易回收、需后續(xù)過濾且易泄漏在自然環(huán)境中，而薄膜恰好克服了這些缺點(diǎn)，具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。用傳統(tǒng)的物理法或化學(xué)法制備的TiO2薄膜，仍需經(jīng)過后續(xù)高溫退火處理使TiO2結(jié)晶并增加薄膜與襯底間的附著力，這限制了塑料材料作

2、為襯底的實(shí)際應(yīng)用。因此低溫制備高效的可見光光催化TiO2薄膜就顯的十分有意義。
　　為了能夠在柔性襯底上制備出高效可見光光催化薄膜，首先我們采用溶膠-凝膠法得到摻雜的TiO2-SiO2溶膠，然后采用靜止提拉技術(shù)使其成膜，隨后通過水煮處理使得TiO2在低溫下結(jié)晶，最后在柔性襯底(PET)上制得N-Fe共摻的TiO2-SiO2薄膜。另外，我們通過添加凝固劑N3390來改善薄膜在襯底上的粘附性。本研究主要內(nèi)容包括兩部分:
　　(1

3、)在低溫下(＜100℃)，我們通過熱水處理成功在各種各樣的襯底包括耐熱性差的塑料(PET、PC)襯底上制得了可見光響應(yīng)的N-Fe共摻銳鈦礦納米晶TiO2-SiO2介孔與微孔薄膜（簡記為N-xFe-TiO2，x表示Fe摩爾含量，下同）。XRD和TEM測試分析表明銳鈦礦納米晶粒尺度為6-10nm并均勻分散于薄膜中。從SEM，AFM分別觀察到薄膜的表面及斷面形貌，結(jié)合FT-IR分析了薄膜在熱水處理過程中隨時(shí)間的反應(yīng)及變化，最終形成我們所觀察到

4、的納米多孔銳鈦礦TiO2薄膜。XPS證明N和Fe原子成功的摻雜進(jìn)了TiO2的晶格中，UV-vis漫反射光譜證明了摻雜后的薄膜樣品禁帶寬度減少(TiO2，N-TiO2和N-1Fe-TiO2的Eg分別為3.13eV、3.09eV和2.96eV)。氮?dú)獾奈?脫附測試表明N-Fe共摻薄膜相比非摻雜樣品TiO2擁有高的比表面積、比孔容積和平均孔徑。低溫?zé)崴幚砜梢允勾呋瘎┡c熱穩(wěn)定性差的聚合物襯底結(jié)合，其更有利于實(shí)踐應(yīng)用。
　　RhB的光催

5、化降解實(shí)驗(yàn)表明薄膜在可見光照射下?lián)碛懈咝Ш头€(wěn)定的光催化特性。在所有薄膜當(dāng)中，含低濃度Fe(x=0～0.1％)的N-xFe-TiO2薄膜表現(xiàn)出對RhB快速的脫色率，在其光催化降解過程中RhB的脫乙基化相比發(fā)色基團(tuán)的斷裂占據(jù)了主導(dǎo)地位，反之亦然;然而對于樣品N-xFe-TiO2(x=1)的礦化率達(dá)到最大值～61％。我們提出了相應(yīng)的機(jī)理來解釋N-xFe-TiO2薄膜對RhB溶液的在可見光照下的降解現(xiàn)象;得出結(jié)論，F(xiàn)e3+的摻雜不僅改變了RhB

6、的光催化降解效率而且改變了其機(jī)理途徑。
　　(2)我們通過添加N3390來改善薄膜的粘附性，薄膜N3390-N-0.05Fe-TiO2在可見光范圍內(nèi)具有良好的透過率，其相比未添加凝固劑的薄膜N-0.05Fe-TiO2在可見光下對液相RhB的降解性能雖有降低但也保持了一定的催化性能。薄膜N3390-N-0.05Fe-TiO2在365nm紫外光照射下對甲醛和丙酮也都表現(xiàn)出相當(dāng)優(yōu)異的降解能力。添加N3390后的薄膜外觀和粘附性向?qū)嶋H應(yīng)用