二氧化钛自清洁薄膜的溶胶—凝胶法制备

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1、二氧化钛自清洁薄膜的溶胶凝胶法制备二氧化钛自清洁薄膜的溶胶一凝胶法制备材料学专业研究生王建华指导教师薛卫东摘要Ti02薄膜是众多氧化物半导体薄膜中研究最为广泛的一种材料，其表面的超亲水性和自清洁效应开辟了光催化功能薄膜材料新的研究领域。本论文首先对自洁玻璃的国内外研究现状、存在的问题及发展前景进行了介绍，然后对二氧化钛的光催化机理和超亲水性作用机理及其影响因素做了详尽的综述。由于Ti02的带隙较宽(约3．2eⅥ，光吸收波长范围窄，故其对太阳能的利用效率较低，且还存在半导体载流子的复合率高、量子化效

2、率低及光照停止后亲水性能的持续时间较短等缺陷。本论文从Ti02的掺杂改性和结构修饰着手，针对二氧化钛自清洁性能有待提高的问题，用溶胶一凝胶结合浸渍提拉法在玻璃载片上制备了Ti02薄膜及Si02／Ti02、Fe203／Ti02、Si02FFe203／Ti02复合薄膜，并结合x射线衍射、扫描电镜(SEM)、X射线光电子能谱仪及SL200A型接触角仪对它们进行表征，建立Ti02复合薄膜组成、结构及性能三者间的关系。通过研究发现，随着Si02添加量的增加，Ti02晶相有向低温态(anatase)转变的趋势

3、，晶粒尺寸减小且颗粒逐渐变得均匀。晶粒的细化促进了电子一空穴对的有效分离，同时二氧化钛比表面积的增大能够吸附更多的反应物，进而提高了Si02Ffi02复合粉体的光催化活性。Si02掺杂量为5％mol的钛硅复合氧化物(450℃热处理)对甲基橙水溶液(10rag／L)的光催化降解效果最好，经4h紫外光照射后降解率为36．7％。粗燥度增加且酸性增强的Si02／Ti02复合薄膜表面能够吸附更多的羟基，从而展现出更好的超亲水性能。掺硅5％mol的4层Si02／Ti02复合薄膜光诱导超亲水性效果最好，经过80

4、rain紫外光光照后接四川师范大学硕士学位论文触角便能从44．460降低到6．420。．对于Fe203／Ti02复合薄膜，Fe能级的介入会改变电子跃迁能级，使Ti02的吸收带边产生少量的红移，从而提高了其在可见光照射下的光催化活性和超亲水性能。随着Fe”离子掺入量的增加，Fe203／Ti02复合粉体对甲基橙水溶液的降解率呈现先上升后下降的趋势，当Fe”离子的摩尔掺杂浓度为0．5％时，其光催化降解效果最好。经4h的紫外光照射后降解率能达到42．4％。同时成为浅势捕获中心的Fe3+抑制了光生电子一空穴

5、对的复合，使得Fe203／Ti02复合薄膜表面产生较大浓度的氧空位，其亲水性能得到增强。实验证实Fe203的最佳摩尔掺杂浓度为0．5％，经6h紫外光光照后，接触角降到最低且为7．070。Fe203的掺杂能提高Ti02复合薄膜在可见光照射下的光敏性，同时Si02的掺杂能显著改善薄膜的亲水性，但硅铁共掺杂的Si02／Fe203／Ti02三元复合薄膜却未能达到预期的既提高薄膜的光敏性又改善其亲水性的目标。论文最后在总结课题工作的同时，也提出了没有解决的问题，这为以后对Ti02复合薄膜光催化活性和亲水性能

6、提高的研究进一步明确了方向。n关键词纳米Ti02，自清洁玻璃，超亲水性，复合薄膜，光催化活性二氧化钛自清洁薄膜的溶胶凝胶法制备ThePreparationofSelf-cleaningTitaniumDioxideFilmsbySol—-gelMajor-materialsphysicsandchemistryPostgraduate：WangJian-·huaTutor：XueWei--dongAbstract：Asonekindsofoxidesemiconductorthinfilmmate

7、rials．theTitaniumdioxide(Ti02)thinfilmsarestudiedinthemostbroad，ifssuper-hydrophilicabilityandself-cleaningeffectleadtoanewresearchfieldinthephotocatalysisfunctionthinfilmmaterials．First,Thisthesisintroducedthecurrentresearchsituationathomeandabroad,t

8、heexistedquestionsandthedevelopingprospects．Thenthephotocatalystandsuper-hydrophilicity'sworkingprinciplesandeffectfactorsofTi02areintroducesindetailed．Becauseofthewidebandgap(3．2eⅥ，theabsorptionthresholdscorrespondto380nmfortheTi02consequentl