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《清华大学》 2004年
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二氧化钛及其复合薄膜光催化降解性能研究

侯亚奇  
【摘要】:TiO2薄膜及TiO2复合薄膜在紫外光作用下可以实现有机物的光催化降解,在污染治理、室内空气净化、自清洁涂层等方面有着广阔的应用前景。 采用中频交流反应磁控溅射制备TiO2薄膜并进行了制备工艺参数优化。系统地研究了TiO2薄膜对亚甲基蓝的光催化特性和对多种有机物的光催化降解性能。采用贵金属表面沉积和多层氧化物复合方法制备了Ag/TiO2、Mo/TiO2、ZrO2/TiO2、SnO2/TiO2及TiO2/ZrO2复合薄膜,采用Ti-Mo合金靶制备了TiO2: Mo复合薄膜,研究了上述多种复合薄膜的光催化性能。 研究结果表明,采用中频交流反应磁控溅射技术在Ar/O2混合气氛中溅射Ti金属靶,可以在一定工艺参数下稳定地沉积符合化学计量比,以锐钛矿相为主的TiO2薄膜。该TiO2薄膜对亚甲基蓝、甲醛等有机物具有很好的光催化降解效果,而且具有很好的降解性能稳定性。 采用磁控溅射工艺制备的Ag/TiO2复合薄膜与相同厚度的TiO2薄膜相比,光催化降解反应速率有明显提高,最高达3倍。结果表明,Ag在TiO2薄膜表面必须以聚集态纳米级Ag颗粒形式存在,才能起到提高TiO2薄膜光催化能力的作用。原因是这种状态的Ag起到了光生电子捕获剂的作用,减少了光生电子-空穴对的复合几率。 利用ZrO2预沉积技术可以有效提高TiO2薄膜的结晶完整性,使得TiO2/ZrO2薄膜的光催化降解速率与纯TiO2薄膜相比提高30 %以上。与TiO2薄膜相比,Mo/TiO2、ZrO2/TiO2和SnO2/TiO2薄膜的光催化能力均显著下降,其主要原因是Mo、ZrO2和SnO2在TiO2薄膜表面的连续覆盖生长阻碍了TiO2薄膜与降解对象的直接接触,光生载流子很难迁移至薄膜表面。 Ti/Mo原子比约为7:1的TiO2: Mo复合氧化物薄膜与TiO2薄膜相比其光催化能力明显降低,对亚甲基蓝表现出很强的吸附作用。原因是TiO2: Mo复合薄膜由掺Mo的锐钛矿相TiO2和MoO3相混合而成,其中的MoO3相对亚甲基蓝具有很强的吸附性,同时成为光生电子-空穴对的复合中心。 WP=5 在大量实验和理论分析的基础上,本文还探索性地提出了TiO2薄膜光催化降解作用原理的物理模型。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TB383

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