纳米二氧化钛薄膜离子掺杂和非金属载体交互作用的研究

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1、广阳人学咧l：学位论史抽蟠纳米二氧化钛薄膜离子掺杂和非金属载体交互作用研究摘要本文系统研究了十三种金属离子在釉面瓷砖、玻璃和陶瓷三种非金属载体上负载的二氧化钛薄膜的掺杂行为，首次提出了掺杂离子和二氧化钛薄膜载体之间存在交互效应概念和模型，从载体和Tj0：薄膜的界面结构、双电层结构、复合半导体等方面分析了载体与掺杂离子间的相互作用。通过紫外一可见吸收光谱图分析了釉面瓷砖、玻璃、陶瓷上不同金属离子掺杂对半导体二氧化钛薄膜所引起的纳米量子尺寸效应和半导体能带隙的变化。从离子掺杂浓度、离子半径、离子的电子轨道、以及离子的能级等方面分析了离子掺杂对Ti0。薄膜光催化活性的影响。

2、研究结果表明：1、TiO。薄膜的光催化活性不仅与掺杂离子有关，而且还与载体的类型有关，载体和掺杂离子存在交互效应。(1)同一载体上，掺杂不同的离子，Ti0。薄膜的光催化活性不同。其中釉面瓷砖为载体时，掺杂效果最好的离子是cr”，其次是旷、^g+、^I”、cu”、Fe”、zn“、La”、Mn”、Ni”、旷、Pb“，最差的为Co'+：玻璃为载体时，掺杂效果最好的离子是cr“，其次是eu”、AI”、Ag．、Mn”、旷、Ni2+、旷、La”、Fe“、Pb”、zn”。最差的是Co”：陶瓷为载体时，掺杂效果最好的离子是Fe”．其次是cu”、zn”、La“、co”、旷、Mn”、cr

3、“、AI”、V”、Ag+、Ni”，最差的是Pb”。(2)釉面瓷砖、玻璃和陶瓷上同一种离子掺杂对TiO：薄膜光催化活性的影响不同。由此n-J"I,；／看出，TiO。薄膜的光催化活性不仅与掺杂离子有关，而且与载体的类型有关，载体不同．离子的掺杂效果也不同。广西人学铆I：学位论文摘要(3)TiOz薄膜光催化活性最好的匹配是陶瓷载体和Fe“掺杂，其次是袖面瓷砖上Cr“掺杂，然后是陶瓷上cu”掺杂、陶瓷上zn”离子掺杂、陶瓷上La”掺杂和玻璃上cr”掺杂。(4)掺杂离子后，不同载体上Ti02薄膜的光催化活性的提高幅度不同。对于釉面瓷砖和玻璃来说，掺杂cr”时Tio。薄膜光催化活

4、性的提高幅度都是最大。其中釉面瓷砖的提高幅度达到157．27％，玻璃达到155．26x。掺杂其它离子对Tio。薄膜的光催化活性影响也很大，如釉面瓷砖上掺杂co”、Pb”，提高幅度分别为47．79％、60．27％。对于陶瓷来说，有些离子掺杂提高了Ti仉的光催化活性，如Fe”、cu”、zn”等，但是有些离子掺杂却使Ti0：光催化活性降低了，如Pb“、Ni2．、^g+等。(5)不掺杂时，釉面瓷砖和玻璃上Ti0，薄膜的光催化活性较差，但是掺杂某些离子后。提高幅度却很大．比如Cr“、Cu”、Al”等。而负载为陶瓷，不掺杂时Ti0，薄膜的光催化活性较好，掺杂后．与釉面瓷砖和玻璃相

5、比。提高幅度不大，如掺杂效果最好的Fe”。其提高幅度仅为49．83％。因此，载体和离子的交互作用对Ti0：薄膜的光催化活性有很大的影响。2、通过对载体和TiOz薄膜之间内部结构变化分析以及光谱图分析，进一步证实了载体和掺杂离子的交互作用对Ti0：薄膜光催化活性的影响(1)载体和TiO。薄膜(掺杂金属离子)之间的界面结构、双电层结构以及载体与Ti0。薄膜之间形成的复合半导体对TiO。薄膜的光催化活性有很大的影响。(2)不同载体上Ti0。薄膜的离子掺杂浓度、离子半径、离子的电子轨道、以及离子能级对TiO，薄膜的光催化活性具有较大的影响。(3)不同负载上，部分金属离子掺杂拓

6、宽了光催化剂对可见光的吸收范围，部分离子掺杂却使Ti仉的吸收光谱发生了蓝移。但是无论是蓝移还是红移，大部分离子掺杂都提高了Ti0。薄膜的光催化活性。(4)首次建立了离子掺杂与载体交互作用模型。Ti0。薄膜与载体表面之间的能带弯曲，改变了掺杂离子能级与TiO。导带(价带)的相对位置．从而改善或P睾tET掺杂离子对光生电子(光生空穴)的捕获能力。不同金属离子的掺杂对同一负载上二氧化钛薄膜光催化活性影晌不¨广两人学硼．1：学位论文同，同一种离子的掺杂对于不同负载上二氧化钛薄膜的光催化性能影响也存在一定差异。载体和离子的交互作用对Ti02薄膜的光催化活性具有很大的影响。本研究

7、对于开发新型高效的纳米二氧化钛薄膜光催化材料，具有重要的学术价值和指导意义。关键词：光催化二氧化钛离子掺杂载体交互作用111广西大学瑚lj学位论文摘蛰RESEARCHoNTHEINTERACTIoNEFFECTBETWEENMETALIONSDOPEDINTi02THINFILMANDNoNME7rALSUBSTRATESABSTRACTThispapersystemicallystudied13metalionsdopingbehaviourstotheTi02thinfilmondifferentnonmetalsubstratesceramic