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纳米TiO_2及其杂化薄膜的制备与物理化学性质研究

孙丽萍  
【摘要】:世界范围内的环境污染问题越来越受到广泛关注。光催化降解有机污染物工艺简单,成本较低,无二次污染,是最有希望的环境友好新技术。在众多的半导体光催化剂中,TiO_2以其稳定的化学性质、难溶、无毒、成本低等优点,在光催化降解和环保等领域得到了广泛的应用。本文采用溶胶一凝胶法制备了TiO_2粉体、TiO_2纳米粒子薄膜、TiO_2多孔薄膜并对薄膜进行了离子修饰和染料敏化,利用XRD、AFM、UV-Vis、IR等测试手段对薄膜进行了较全面的结构表征,以水杨酸为目标降解物,考察了TiO_2粉体、TiO_2纳米粒子薄膜、TiO_2多孔薄膜以及TiO_2复合薄膜的催化活性。研究结果表明: TiO_2粉体粒径越小,催化活性越高。采用紫外光波长为310nm时催化活性最高,照射24h后水杨酸降解率达95%。 通过在前驱物中加入PEG制备了TiO_2多孔膜,多孔膜的光催化活性高于均匀致密膜的光催化活性,随着多孔膜的层数增加,光催化活性先升后降,其中10层多孔膜的光催化活性最高。 对离子修饰的TiO_2薄膜的光催化活性研究结果表明,掺杂0.5%Zn~(2+)的TiO_2薄膜具有较高的催化活性,光照24h后,水杨酸降解了约41%。 通过分子碎片法合成了八戊(辛)氧基-2,3-萘酞菁铜,采用LB技术制备了萘酞菁铜LB膜和TiO_2粒子/萘酞菁铜的交替薄膜,考察了均匀致密的TiO_2薄膜和TiO_2多孔膜薄膜吸附戊氧基萘酞菁铜,以及TiO_2/萘酞菁铜交替膜的催化活性,结果表明,经过敏化的TiO_2薄膜和交替膜均提高了水杨酸的降解率,尤以交替膜降解率最高,光照24h后,水杨酸降解率达42%。


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