催化剂对tio2薄膜微观结构及光学性质的影响文献综述

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1、催化剂对TiO2薄膜微观结构及光学性质的影响文献综述摘要：以钛酸四丁酯为前驱体，乙醇为溶剂，采用溶胶-凝胶(sol_gel)法制备TiO2薄膜。本文综述了二氧化钛薄膜的制备方法及催化剂对其微观结构及光学性质的影响方面的研究进展。关键词：TiO2;溶胶凝胶法;微观结构;光学性质1.引言二氧化钛作为一种宽禁带半导体，由于性质稳定、无毒、以及高效的光催化活性，引人瞩目。但由于TiO2的禁带宽度为3.2eV，要在紫外光的激发下才能显示催化活性，然而太阳光中紫外光能量仅占4%，而可见光占43%。由于存在太阳能利用率低和分解有机物效率较低的缺陷，

2、TiO2半导体光催化技术在实际工业应用中受到了一定程度上的制约。如何改性TiO2使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性一直是研究的热点。本文就其催化剂对TiO2薄膜微观结构及光学性质的影响方面的研究进行了综述。2.薄膜的制备工艺TiO2在制备过程中容易缺氧而生成大量缺陷，是一种典型的本征n型半导体，以电子导电为主。目前，TiO2薄膜的制备方法有很多种，常用的有脉冲激光沉积法（PLD）、磁控溅射法（RFSputtering）、金属有机化学气相沉积法（MOCVD）、溶胶—凝胶法（Sol-gel）等方法，各种方法都有各自的优缺点。本文就

3、溶胶—凝胶法（Sol-gel）做简单介绍。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是20世纪60年代发展起来的一种制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿式化学方法。溶胶-凝胶法是制备纳米粒子及薄膜最常用也是最有效的手段和方法之一。溶胶-凝胶法技术具有纯度高、均匀性好、合成温度低（甚至可在室温下进行）、化学计量比及反应条件易于控制等优点，特别是制备工艺过程相对简单，无需特殊贵重的仪器。溶胶-凝胶法可用于制备薄膜、超细或球型粉体、陶瓷光纤、多微孔无机膜、单集成电路陶瓷或玻璃、多孔气凝胶材料、复合功能材料、纤维及高熔点玻璃等。5溶胶-凝胶法制备薄膜时，先将金属有机醇

4、盐或无机盐进行水解、聚合，形成金属盐溶液或溶胶，然后用提拉法、旋涂法或喷涂法等将溶胶/溶液均匀涂覆于基板上形成多孔、疏松的干凝胶膜，最后再进行干燥、固化及热处理即可形成致密的薄膜。用溶胶-凝胶技术制备TiO2薄膜常用的含钛的前驱体主要是钛醇盐，如钛酸四丁酯Ti(O-Bu)4、TiCl4、TiCl3和Ti(SO4)2等，催化剂常用无机酸，如硝酸、盐酸。先将钛酸四丁酯与有机溶剂如异丙醇或乙醇等混合均匀，在不断搅拌下将混合溶液滴加到含适量酸的水中，形成透明的TiO2的胶体，其反应过程如表达式(2.1)~(2.3)所示。水解：nM(OR)4+

5、4nH2O→nM(OR)4+4nROH(2.1)缩合：nM(OH)4→nMO2+2nH2O(2.2)总反应：nM(OR)4+2nH2O→nMO2+4nROH(2.3)醇溶液中的钛醇盐首先被加入的水水解，然后水解醇盐通过羟基缩合，再进一步发生交联、支化从而形成聚合物。聚合物的大小和支化度以及交联度对凝胶和最终二氧化钛薄膜的孔隙、比表面积、孔体积、孔径分布和凝胶在焙烧时的热稳定性都有很大的影响。一般地，如果凝胶聚合物链的支化和交联程度显著，那么结构就很牢固。如果凝胶聚合物链的支化和交联程度不高，结构就脆弱，在焙烧时很容易破碎，比表面积也较

6、小。聚合物的支化程度以及凝胶中胶体的团聚情况则是由水解和缩合的相对反应速率决定的。如果水解比缩合速度稍慢，则会形成长而高度支化的聚合物链；如果水解和缩合的速度相当，那么聚合物的链较短，且支化和交联度不大；如果缩合速度小于水解速度，钛离子紧紧地结合在一起，结果形成氢氧化物沉淀。5在钛醇盐的溶胶-凝胶化过程中，溶液pH值是影响水解和缩合速率的重要参数。研究表明，对于一定组分，有一个合适的pH值，或者各组分之间应保持适当比例。除调节pH值来控制溶胶-凝胶过程外，还可以利用螯合剂取代醇盐中的配位体，稳定钛离子并降低其反应活性，从而达到控制水解

7、和缩合反应相对速率的目的。Y.Paz采用乙酰丙酮来当作螯合剂，用聚乙二醇和乙二胺来当作螯合剂，以稳定钛离子并降低其反应活性，从而达到控制水解和缩合反应相对速率的目的。当将基板浸入溶胶/溶液时，由于毛细管力的作用，溶胶颗粒沉积在基板上。当基板从溶胶中移走后，水/醇的蒸发使溶胶浓缩，与此同时，颗粒间出现胶凝。在干燥阶段，凝胶孔隙中的溶剂被除去，孔内形成液-气接口，伴随的表面张力使得凝胶孔结构坍塌；与此同时，胶凝过程继续进行，由于凝胶层的收缩也会使孔坍塌。直至凝胶网络坍塌而形成膜，最后在焙烧后形成氧化物薄膜。3.TiO2薄膜的光催化活性3.

8、1光催化活性简介光催化活性是TiO2功能薄膜最具代表性的性能之一，正是由于这一特性，再加上高的稳定性、无毒性以及容易获得等优点，从而使TiO2功能薄已成为目前最有潜力而且几乎是唯一可选的光催化材料，可用于从空气和水中去除