TiO_2薄膜光诱导超亲水性的研究

【摘要】：本文主要研究掺杂SiO_2和V_2O_5对纳米TiO_2薄膜超亲水性和光敏性的影响。论文首先综述了纳米复合材料和纳米TiO_2的应用,对目前的一些纳米复合材料的制备方法进行了分类。详细阐述了TiO_2薄膜超亲水性的影响因素、亲水机理、特点和应用,并总结了提高超亲水性和光敏性的手段,最后提出了自己的研究方向和思路。 论文中以溶胶-凝胶法结合浸渍-提拉技术制备了TiO_2薄膜、SiO_2-TiO_2和V_2O_5-TiO_2复合薄膜和复合粉末,结合X射线衍射仪(XRD),高分辨扫描电镜(HRSEM)、原子力显微镜(AFM)和热失重-差热(TG-DTA)对薄膜进行表征,建立结构与亲水性的关系。 针对不同的体系,作者通过对文献和现有分析手段的研究设计了一系列的实验。研究发现,对于SiO_2-TiO_2复合薄膜,SiO_2的加入能够抑制TiO_2锐钛矿晶型向金红石晶型的转化,并且抑制TiO_2锐钛矿型晶粒的生长。复合薄膜的亲水性跟晶粒粒径有关,在TiO_2具有一定绝对含量的条件下,晶粒越小越有利于薄膜的亲水性;对于V_2O_5-TiO_2复合薄膜,V_2O_5的引入对TiO_2晶粒大小以及晶型转化的影响类似于SiO_2的引入,都能抑制锐钛矿晶型向金红石晶型的转化,并且抑制TiO_2锐钛矿型晶粒的生长。此外更重要的是,V_2O_5的引入拓展了TiO_2薄膜的光谱响应,V_2O_5-TiO_2复合薄膜在太阳光的照射下,也能展现出良好的亲水性能,接触角从照射前的35°左右下降到8°左右,而单纯的TiO_2薄膜在太阳光的照射下,其接触角却几乎不变,随着钒添加量的增加,接触角总体上呈现下降趋势;对于光敏化机理的研究,V_2O_5-TiO_2复合薄膜具有可见光响应的特性主要是由于V_2O_5的掺杂在二氧化钛的能带中引入钒的3d能级,从而使光响应波长从紫外光向可见光的方向移动,并且由于V_2O_5是窄禁带半导体,与TiO_2宽禁带半导体相复合,也能够提高电荷分离效率,扩展TiO_2的光谱响应。 论文最后总结论文工作的同时,提出了论文没有解决的问题,为以后TiO_2薄膜亲水性和光敏化更进一步的研究工作明确了方向。