tiolt2gt系光催化超亲水性薄膜的研究

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1、昆明理工大学博士学位论文摘要提高Ti02的光催化效率，制备既具有高的光催化活性，又具有良好的亲水特性的Ti02薄膜，是近年来光化学及光催化领域中研究的热点之一。本论文分别采用磁控溅射法和溶胶．凝胶法制备出了不同结构和组成的Ⅱ02系薄膜，并对其结构、特性进行了较系统的研究，同时还对超亲水性薄膜的中试生产工艺进行了初步研究，取得了如下成果：1、进行了对磁控溅射法制备Ti02薄膜工艺中的主要参数：阳极电压、溅射时间、阳极电流及靶的性质对所制备薄膜中的Ti02晶型、颗粒大小及薄膜的厚度、形貌、光催化活性、亲水特性的影响的较详细研究，优化了磁控溅射制备条件

2、及工艺参数，获得了制作具有超亲水性和较好光催化活性的Ti02薄膜的较佳工艺条件，分别为：(1)阳极电压取1．8kV，溅射时间取60min，靶由100％锐钛矿Ti02经液压机压制而成(靶的参数：厚度9mm，直径53．5mm，质量34．929，密度1．72E；e,／cm3)，阳极电流取I。。，4，其表面与水的接触角达到40：(2)阳极电压取1．2kV，溅射时间取80min，靶由100％锐钛矿Ti02经液压机压制而成(靶的参数：厚度6．5mm，直径53．5mm，质量24．999，密度1．719／cm3)，阳极电流取I。。时，其反应动力学常数为O．019

3、2；2、采用溶胶．凝胶法，制各出了Ti02系的掺杂、复合、叠层、复合叠层膜，并对其制备条件及Ti02系薄膜的光催化活性及亲水特性进行了研究，结果表明：(1)Ti02薄膜的厚度、孔隙率和热处理温度等因素通过影响薄膜中的羟基含量、吸附性能、表面粗糙度而影响薄膜的光催化活性和亲水特性：(2)少量银的掺杂有利于Ti02薄膜表面羟基氧和桥氧含量的增加，使薄膜的亲水性能和光催化活性得以改善，但银的掺杂量增加到一定数量后，亲水性能变差。表面桥氧比羟基氧对薄膜亲水性能的影响更大，而对光催化活性的影响则是羟基氧更大；(3)Ti02．Sn02的复合膜、叠层膜及复合叠

4、层膜的光催化活性及亲水性均优于纯TiO：薄膜。对于Ti02，Sn02复合膜，当SnCh的摩尔含量为10％时的复合膜的光催化活性最好，摩尔含量为1～5％时的复合膜的亲水性最好，并具有良好的亲水性长．I．昆明理工大学博士学位论文摘要期保持特性；对于Ti02／Sn02的叠层膜及复合叠层膜，表层为Ti02的叠层膜及复合叠层膜的光催化活性优于表层为Sn02的叠层膜及复合叠层膜。主要原因是Sn02有利于表面层Ti02的光生电子和空穴的分离，从而有利于Ti02光催化活性的提高。(4)在Fe203含量较少时，Ti02一Fe203复合膜的光催化活性优于纯rn02薄

5、膜，其原因可归因于不同能级半导体之间光生载流子的输运与分离。Fe203的摩尔含量为0．5％时光催化活性最好；而在F。203的摩尔含量为0．05～0．1％时，获得了具有超亲水性能的复合薄膜；但Fe203／Ti02的叠层膜及复合叠层膜的光催化活性及亲水性能均不理想，主要原因是Fe203的存在具有光生载流子复合中心的作用。(5)Ti02．A1203复合膜的亲水性稍好于纯Ti02薄膜，但A1203的加入不能提高Ti02的光催化活性。(6)热处理温度、薄膜厚度、孔隙率等因素对掺银的Ti02薄膜、Ti02．Sn02、Ti02．Fe203复合薄膜光催化和亲水性

6、能的影响与对纯"ri02薄膜的影响相似。3、在本文所研究的膜材料及膜结构中，Ti02／(Ti02一A1203．Sn02)复合叠层膜与同等条件下制得的纯Ti02膜及其它所薄膜相比，既具有高的光催化活性，又具有优良的超亲水特性，这是本论文最重要的研究结果。本论文首次提出采用复合叠层膜结构，为制备既具有高的光催化活性，又具有优良的超亲水特性的多功能薄膜找到了一种新的可能途径。4、掺银Ti02膜、Ti02一Sn02、Ti02-Fe203复合膜的亲水性，Ti02．A1203复合膜、Ti02与Sn02和Ti02与Fe203的叠层膜以及Ti02／(Ti02+S

7、n02+A1203)多元复合叠层膜的光催化及亲水性的研究工作均未见报道，本文首次报道了这方面的工作，并对其光诱导超亲水性作用原理进行了分析讨论。5、以磁控溅射制备的Ti02薄膜为例，从理论上分析研究了Ti02薄膜的光学特性，获得了如下结果：(1)Ti02薄膜的折射率与波长的操门=芈+丁43010+2．1086；(2)Ti。2薄膜的吸收系数与波长的关系：lg口=掣一3．9296．II．昆明理工大学博士学位论文摘要(3)Ti。z薄膜厚度的计算公式：d=鼎。6、针对自清洁玻璃中试生产中的工艺特点及在实际使用中的性能要求，研究并初步获得了以玻璃为衬底的自

8、清洁薄膜的中试制备工艺，以及自清洁玻璃的物理性能、亲水特性、化学与环境稳定性的表征与评价方法。关键词Ti02薄膜光催化超亲水磁控溅射溶胶