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《昆明理工大学》 2003年
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TiO_2系光催化超亲水性薄膜的研究

柳清菊  
【摘要】: 提高TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2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TiO_2经液压机压制而成(靶的参数:厚度9mm,直径53.5mm,质量34.92g,密度1.726g/cm~3),阳极电流取I_(max)/4,其表面与水的接触角达到4~0; (2) 阳极电压取1.2kV,溅射时间取80min,靶由100%锐钛矿TiO_2经液压机压制而成(靶的参数:厚度6.5mm,直径53.5mm,质量24.99g,密度1.71g/cm~3),阳极电流取I_(max)时,其反应动力学常数为0.0192; 2、采用溶胶-凝胶法,制备出了TiO_2系的掺杂、复合、叠层、复合叠层膜,并对其制备条件及TiO_2系薄膜的光催化活性及亲水特性进行了研究,结果表明: (1) TiO_2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TiO_2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) TiO_2-SnO_2的复合膜、叠层膜及复合叠层膜的光催化活性及亲水性均优于纯TiO_2薄膜。对于TiO_2-SnO_2复合膜,当SnO_2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 昆明理工大学博士学位论文 摘要 (4) (5) (6) 期保持特性;对于TIO:/SnO:的叠层膜及复合叠层膜,表层为TIO:的叠层膜及 复合叠层膜的光催化活性优于表层为SnO:的叠层膜及复合叠层膜。主要原因是 SnO:有利于表面层TIO:的光生电子和空穴的分离,从而有利于TIO:光催化活 性的提高。 在FeZO3含量较少时,TIOZ一FeZO3复合膜的光催化活性优于纯TIO:薄膜,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。Fe20;的摩尔含量为 0.5%时光催化活性最好;而在FeZO3的摩尔含量为0.05一0.1%时,获得了具有 超亲水性能的复合薄膜;但FeZO3/TIO: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FeZO3的存在具有光生载流子复合中心的作用。 TIOZ一A120:复合膜的亲水性稍好于纯TIO:薄膜,但A12O:的加入不能提高TIOZ 的光催化活性。 热处理温度、薄膜厚度、孔隙率等因素对掺银的Tio:薄膜、TioZ一snoZ、TioZ一FeZo3 复合薄膜光催化和亲水性能的影响与对纯TIO:薄膜的影响相似。 3、在本文所研究的膜材料及膜结构中,TiOz/(TiO2一A1203一SnO户复合叠层膜与同等 条件下制得的纯TIO: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TIOZ膜、TIOZ一SnOZ、TIOZ一FeZO3复合膜的亲水性,TIOZ一A12O3复合膜、 TIO:与SnO:和TIO:与FeZO:的叠层膜以及TIOZ/(TIOZ+SnOZ+A12O;)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TIO:薄膜为例,从理论上分析研究了TIO:薄膜的光学特性, 获得了如下结果: (1) TIOZ薄膜的折射率与波长的关系:n 0 .28798 x 1010 ==—十 缨·2·’。86’ (2) TIOZ薄膜的吸收系数与波长的关系:堪a 1 .4675 x 105 兄2 3 .9296 昆明理工大学博士学位论文 摘要 (3) Ti02薄膜厚度的计算公式:d= 入又2 2(nZ兄,一n】又2) 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。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TB43

【引证文献】
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1 赵保星;晶硅太阳电池TiO_2陷光薄膜[D];中南大学;2012年
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4 韩宾;射频磁控溅射法制备VO_2热致变色镀膜玻璃及其表征[D];武汉理工大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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1 郦韬珉;;破解中国婴儿肾结石病因与婴儿奶粉关系的译码及孩子肾结石病机理分析[A];首届中国奶业大会论文集(下册)[C];2010年
2 陈小立;阎克路;赵择卿;;纳米吸波材料在人体防护中的现状及发展方向[A];'2001功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2001年
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4 胡静;吴树彪;董仁杰;;脱水铝系污泥吸附去除水溶液中磷的研究[A];第十届中国科协年会论文集(二)[C];2008年
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6 周华军;王大志;刘先明;;纳米二氧化钛相变及掺杂二氧化锡的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
7 徐立冬;孙继红;戴洪兴;何洪;;纳米分子筛MCM-41颗粒大小的控制[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
8 杜康;仓怀文;黄方方;;纳米TiO_2光催化剂的研究进展及应用[A];第三届全国工业催化技术及应用年会论文集[C];2006年
9 高永;胡荣政;孔峰;谢建文;卓晓健;;光催化氧化处理医药中间体废水[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
10 罗平;邹建国;彭海龙;;凹凸棒石黏土胶体液脱除柴油机颗粒物机理研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第二卷)[C];2009年
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3 陆军;喷雾药液在靶标植株上的沉积与润湿研究[D];江苏大学;2010年
4 赵佳飞;纳米流体辐射特性机理研究及其在太阳能电热联用系统中的应用研究[D];浙江大学;2009年
5 刘述忠;纳米掺锑氧化锡(ATO)粉体制备及其浆料稳定性[D];昆明理工大学;2009年
6 曹广秀;共掺杂二氧化钛基可见光光催化材料的制备及性能研究[D];东华大学;2010年
7 张志奋;浆膜动态性能研究及其在蒙脱土掺杂浆料改性效果评价中的应用[D];东华大学;2010年
8 董霞;染料聚醚衍生物类超分散剂的合成、性能及理论研究[D];东华大学;2010年
9 王韵芳;钛硅复合氧化物的制备及在微污染水处理中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
10 梁生荣;纳米磺酸钙镁复合清净剂的合成、性能与机理研究[D];西北大学;2011年
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1 任子阳;阳泉无烟煤对CH_4、CO_2吸附特性研究[D];河南理工大学;2010年
2 刘英;苯系物的新型吸收剂制备及性能研究[D];山东科技大学;2010年
3 赵玉荣;苯乙烯—异戊二烯(或丁二烯)嵌段共聚物表面结构的形成及其影响因素[D];浙江理工大学;2009年
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5 陈慧博;多分枝非离子表面活性剂的合成、改性及在破乳方面的应用[D];郑州大学;2010年
6 王成斌;五种新型杯[4]芳烃衍生物的合成、表征及在电分析中的应用研究[D];郑州大学;2010年
7 杨飞飞;二价阳离子对阴离子表面活性剂与铝盐混凝的影响[D];大连理工大学;2010年
8 王刚;固体泡沫添加无机物后特性参数的实验研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
9 郑如岩;微表处混合料路用性能室内试验研究[D];长沙理工大学;2010年
10 刘丹;Zn-Sb纳米膜热电材料的脉冲电化学法制备及性能研究[D];长沙理工大学;2009年
【同被引文献】
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1 张臣;半导体量子点材料[J];半导体情报;2000年05期
2 宋登元,王永青,孙荣霞,宗晓萍,郭宝增;Ar气压对射频磁控溅射铝掺杂ZnO薄膜特性的影响[J];半导体学报;2002年10期
3 李赛,罗祥林,姚红卫,何斌;光偶联法在生物材料表面改性中的应用[J];北京生物医学工程;2001年02期
4 唐怀军,张敏,曹志军,叶立媛;Fe~(3+)掺杂TiO_2光催化自洁玻璃的研制[J];玻璃与搪瓷;2003年06期
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7 杨隽;汪建华;童身毅;;低温等离子体表面改性技术在金属生物材料中的应用进展[J];材料导报;2004年05期
8 林华香;王绪绪;付贤智;;不同晶型的TiO_2膜表面光致亲水性的研究[J];材料导报;2007年11期
9 王琼;陈介南;章怀云;Koopman Ben;刘伯斌;;水溶性量子点制备条件的优化及表面修饰[J];材料导报;2009年10期
10 储成林,朱景川,尹钟大,王世栋;医用钛合金及其表面改性[J];材料科学与工艺;1998年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨绍利;VO_2薄膜制备及其应用性能基础研究[D];重庆大学;2003年
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3 侯亚奇;二氧化钛及其复合薄膜光催化降解性能研究[D];清华大学;2004年
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8 戈磊;过氧钛系溶胶制备TiO_2薄膜及结构表征、掺杂和可见光化研究[D];天津大学;2006年
9 朱建;纳米晶二氧化钛的晶相、织构及光催化性能研究[D];复旦大学;2006年
10 郭玉;二氧化钛薄膜的掺杂、复合及其性能研究[D];浙江大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 温宇峰;非致冷红外探测器用氧化钒薄膜工艺研究[D];天津大学;2004年
2 张君;预先镀SiO_2膜玻璃基片SnO_2:Sb薄膜的溶胶凝胶法制备及表征[D];武汉理工大学;2005年
3 王玉玲;TiO_2薄膜自洁玻璃的制备及其性能研究[D];西安建筑科技大学;2005年
4 王雪明;硅烷偶联剂在金属预处理及有机涂层中的应用研究[D];山东大学;2005年
5 沈楠;纳米VO_2薄膜材料的制备及其光学性能的研究[D];华中科技大学;2005年
6 邱宝玉;仿生自清洁外墙涂料的制备[D];南昌大学;2006年
7 周圆;溶胶—凝胶法制备TiO_2自洁玻璃及其性能的研究[D];北京交通大学;2008年
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9 田翠青;纳米TiO_2自清洁涂料的制备及性能研究[D];南京理工大学;2009年
10 刘闪;TiO_2基光催化材料及CuBi_2O_4薄膜材料的科学制备及性能研究[D];山东大学;2010年
【二级引证文献】
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1 王志浩;冷永祥;孙鸿;黄楠;;Ti和TiO_2薄膜在血管支架表面附着状况的研究[J];功能材料;2006年10期
2 蒋小松;陈俊英;黄楠;;磁控溅射制备TiO_2薄膜对医用NiTi合金弹簧圈的表面改性[J];功能材料;2007年08期
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1 齐宝金;钛表面冷凝特性研究及通用冷凝传热模型建立[D];华东理工大学;2011年
2 王锦标;离子注入与真空退火对氧化钛薄膜结构和抗凝血性能影响[D];西南交通大学;2011年
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2 周红芳;离子注入钛氧薄膜的血液相容性研究[D];西南交通大学;2006年
3 王志浩;血管支架Ti-O薄膜表面改性研究[D];西南交通大学;2007年
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5 李新昌;不同结构氧化钛薄膜的表面活化及其对生物相容性的影响[D];西南交通大学;2008年
6 吕博;抗凝血Ti-O薄膜的电化学行为研究[D];西南交通大学;2010年
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6 何刚;基于共轭聚合物的新型荧光传感薄膜的创制及相关检测仪器的研制[D];陕西师范大学;2011年
7 王颖;中红外激光薄膜的研究与制备[D];浙江大学;2009年
8 刘保元;薄膜变压器与电感器研究[D];电子科技大学;2007年
9 潘露璐;氧化镉基纳米结构薄膜的制备及应用性能研究[D];吉林大学;2014年
10 毕剑;钼酸盐系列薄膜的电化学制备及特性研究[D];四川大学;2005年
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1 李恩求;微波调谐钛酸锶钡薄膜及其新型掺杂系列薄膜的性能研究[D];电子科技大学;2008年
2 黄东骥;铁酸铋薄膜的合成及光伏效应研究[D];华东师范大学;2011年
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4 綦晓峰;掺杂二氧化钛多层结构薄膜的制备及光催化研究[D];山东轻工业学院;2008年
5 翟纪伟;氧化亚铜粉末、薄膜的制备及其光催化性能研究[D];中国海洋大学;2010年
6 孙建强;纳米尺度薄膜力——热耦合场下屈曲实验分析及热疲劳的研究[D];天津大学;2008年
7 彭光伟;多层膜结构多铁性薄膜的制备和电磁性能研究[D];华中科技大学;2009年
8 刘高斌;硫化镉薄膜的性质及应用研究[D];重庆大学;2003年
9 汤华清;SiO_2/TiO_2薄膜的制备及其自清洁减反射性能研究[D];暨南大学;2013年
10 康立敏;多铁性铁酸铋薄膜的磁控溅射制备及其性能研究[D];山东大学;2014年
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