纳米二氧化钛薄膜的制备及金属离子掺杂对其结构和性能的影响

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1、中文摘要纳米二氧化钛薄膜的制备及金属离子掺杂对其结构和性能的影响中文摘要近年来，随着全球工业化进程的迅速发展，环境问题日趋严峻。各国都将环境污染治理作为头等大事，纷纷投入巨资用于环境净化材料和环境污染治理技术等方面的研究，其中光催化消除和降解污染物成为最活跃的一个研究方向。利用二氧化钛的光催化氧化和亲水性，可以开发出新型的自清洁材料，并有着广泛的应用前景。2++本实验采用溶胶－凝胶法制备了掺杂Mg和Li的TiO2薄膜。采用SEM、UV－Vis、XRD、XPS、IR等手段系统的对薄膜和粉末样品进行表征，并对掺杂前后TiO

2、2薄膜亲水性能和光催化降解甲基橙溶液进行研究。主要研究进展及成果如下：1.在紫外光的照射下，TiO2薄膜表现了明显的亲水性，且对低浓度甲基橙显示了明显的除去效果，同时表明薄膜的厚度对催化活性的提高只在一定范围内有效。2+2+2.对Mg掺杂的TiO2体系进行表征，发现Mg掺杂阻碍了TiO2的晶型2+转变（锐钛矿→金红石），且随着Mg掺杂量的增加，晶型转变越不容2+易发生；Mg在TiO2高温相（金红石）的固溶度低于在TiO2低温相（锐钛2+矿）的固溶度。掺入Mg后，TiO2薄膜的紫外－可见吸收光谱发生蓝移，2+且有良好

3、的透光率。在紫外光的照射下，掺杂Mg增强了TiO2薄膜亲水性，但是却降低了对甲基橙溶液的光催化效果。++3.对Li掺杂的TiO2体系进行表征，发现Li掺杂促进TiO2的晶型转变（锐+钛矿→金红石），且随着Li掺杂量的增加，这种促进作用开始增强，当+掺杂量继续增加时，这种促进作用又开始减弱；Li在TiO2高温相（金红石）I厦门大学工学硕士论文的固溶度低于在TiO2低温相（锐钛矿）的固溶度。在同为金红石相时，低+温热处理的样品中固溶度较高一些。掺杂Li后，TiO2薄膜的紫外－可见吸+收光谱发生蓝移，且有良好的透光率。在

4、紫外光的照射下，掺杂Li增强了TiO2薄膜的亲水性，但是却降低了对甲基橙溶液的光催化效果。关键词：溶胶－凝胶；TiO2；掺杂IIAbstractPreparationofNano-TitaniumDioxideFilmsandtheEffectsofMorphologyandPropertiesbyDopingMetalIonsAbstractInrecentyears,withtheexpandingofglobalindustrialization,theproblemofenvironmentpollutioni

5、smoreandmoreserious.Alotofresearchesonthisproblemhavebeenperformedbychemists,physicists,andchemicalengineers.Amongthem,semiconductorphotocatalysisisapromisingtechnologythathasavarietyofapplicationinenvironmentalsystemsuchasairpurification,waterdisinfections,haza

6、rdouswasteremediationandwaterpurification.Anewself-cleaningmaterialcanbeinspiredbythepotentialapplicationofthehydrophilicityandtitaniumdioxide-basedphotocatalystsforthetotaldestructionoforganiccompoundsinpollutedairandwastewater.Inthiswork,titaniumdioxidethinfil

7、msundopedanddopedwithmagnesiumionorlithiumionhavebeenpreparedbysol-geltechnique.SEM、UV-Vis、XRD、XPS、IRetc.,havebeenusedtocharacterizethethinfilmsandpowders.ThehydrophilicityandphotodegradationpropertiesofmethyleneorangesolutionsexposedtoUVlightilluminationareinve

8、stigated.Themainresultsandprogressesofthisthesisworkareoutlinedasfollowing:1.UnderUVlightillumination,puretitaniumdioxidethinfilmshowesthesuper-hydrophilicity.Itisals