收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

二氧化钛薄膜的制备、改性及其光催化性能研究

刘岑岑  
【摘要】: 半导体光催化技术是近30年发展起来的新兴研究领域,它具有工艺简单,能耗低,操作条件容易控制,降解物质彻底和无二次污染等特点,在今后的生产和生活中有着广阔的应用前景。在半导体光催化材料中,TiO_2以其良好的化学稳定性,抗磨损性,低成本,无毒等特点而成为最具应用潜力的光催化剂。本文概括性地介绍了半导体光催化理论及技术研究背景,讨论了影响光催化性能的因素和提高光催化性能的方法,并对TiO_2薄膜的制备技术和方法进行比较,对其应用进行了展望。 本文的主要工作: 1)首先采用磁控溅射和溶胶-凝胶旋涂法,制备了掺锌TiO_2(Zn~(2+):TiO_2)薄膜,通过优化实验参数以期获得优异的光催化性能。 2)其次,过渡金属离子掺杂可使其成为光生电子-空穴对的浅势捕获阱,减少了TiO_2表面光至电子e~-与光至空穴h~+的复合,从而提高TiO_2的光催化活性。故本文利用溶胶凝胶旋涂法制备了掺铁TiO_2(Fe~(3+):TiO_2)薄膜和Zn~(2+):TiO_2薄膜,并对这两种掺杂不同过渡金属离子的TiO_2薄膜性能进行了比较。 3)再次,考虑到一些半导体薄膜本身具有比TiO_2更好的光催化性能,但由于存在光腐蚀,在溶液中稳定性不够,所以往往不能直接作为光催化材料。在其表面覆盖一层稳定性更好的TiO_2既可以作为保护层延缓其腐蚀,又可以形成半导体复合,抑制薄膜内光生电子-空穴对的复合提高光催化性能。因而本文利用溶胶凝胶旋涂法制备了TiO_2-ZnO和TiO_2-Fe_2O_3双层复合薄膜,并对比了这两种薄膜的光催化性能。 采用场发射扫描电镜,X射线衍射仪,紫外可见光谱仪,台阶仪等分析手段对复合薄膜进行了表征。利用5mg/L的罗丹明B紫外光照下2小时降解率表征其光催化性能。并系统研究了Zn/Ti摩尔比、Fe/Ti摩尔比,退火温度以及双层复合对薄膜表面形貌结构、可见光透光率和光催化性能的影响。 结果表明:1)磁控溅射法制备的Zn~(2+):TiO_2薄膜样品光透过率、对罗丹明B分解率随退火温度的增加而增加;溶胶凝胶旋涂法制备的Zn~(2+):TiO_2薄膜只检测出锐钛矿相峰,检测不出ZnO峰;可见光透过率均超过了80%;Eg随着Zn含量的增加先增加后减小;当Zn/Ti=5%时,薄膜的光催化性能最好;溶胶凝胶旋涂法制备的薄膜其(101)晶面取向更加优异,晶粒更大一些,且可见光透过率和光催化能力均强于磁控溅射法。 2)用溶胶-凝胶旋涂法制备出的不同铁离子含量Fe~(3+):TiO_2薄膜,其晶相中只有锐钛矿相唯一相,未出现含Fe的衍射峰;可见光透过率均超过了80%;其光学带隙会随着铁离子的加入而出现红移,且随着铁离子含量的增加,红移现象更明显,但达到一定值后会随着铁离子含量的增加,光学带隙反而向短波长方向移动;薄膜对罗丹明B的降解率会随着铁离子含量的增加而增加,但是随着铁含量的进一步增加,薄膜的光催化性能反而有所下降;其中铁离子最佳含量为0.5%,此时的薄膜试样对罗丹明B溶液的降解率约是未掺杂薄膜试样的2倍;而比较Fe~(3+):TiO_2薄膜和Zn~(2+):TiO_2薄膜的光催化性能,Zn~(2+):TiO_2薄膜2h对罗丹明B溶液的降解率是Fe~(3+):TiO_2薄膜的2倍; 3)对于TiO_2-ZnO双层复合薄膜和TiO_2-Fe_2O_3双层复合薄膜,两者均在不降低薄膜可见光透过率的前提下,得到了比单层TiO_2高的光催化性能;比较两者发现以ZnO作为埋层,没有降低TiO_2的结晶度,且对TiO_2薄膜表面形貌影响不大,而以Fe_2O_3作为埋层,会降低TiO_2薄膜的结晶度;同时TiO_2-ZnO双层复合薄膜的光催化性能明显优于TiO_2-Fe_2O_3,我们将此归因于形成的异质结能带的差异。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 任洁;霍宇凝;卞振锋;朱建;李和兴;;拉曼光谱应用于TiO_2光催化反应的研究进展[J];上海师范大学学报(自然科学版);2007年01期
2 何超,于云,周彩华,胡行方;Ag/TiO_2薄膜结构和光催化性能研究[J];无机材料学报;2002年05期
3 张丹;张学俊;;TiO_2光催化剂掺杂改性的研究进展[J];化工中间体;2010年07期
4 于向阳,程继健,杨阳,杜永娟;稀土元素掺杂对TiO_2光催化性能的影响[J];华东理工大学学报;2000年03期
5 吕晓萌;谢吉民;尹常庆;舒和庆;孙波;;TiO_2掺杂粉体的溶胶-凝胶和水热合成及其光降解甲醛(英文)[J];硅酸盐学报;2007年08期
6 嘎日迪;张宇;袁立娟;徐艳燕;照日格图;;TiO_2/粉煤灰的制备及光催化性能研究[J];环境化学;2007年04期
7 孙玉凤;苏会东;;稀土掺杂对钛酸锶钡光催化的影响[J];有色矿冶;2009年01期
8 付少永;张溪文;韩高荣;;埋层裸露ZnO:Al-TiO_2复合薄膜的制备及光催化性能研究[J];纳米科技;2008年03期
9 汪水平;邹时平;翁睿;伊翠云;;钛硅体系的制备与特性[J];纤维复合材料;2006年03期
10 陈莹莹;张溪文;郭玉;韩高荣;;SiC_xO_y/SnO_2:F/TiO_2复合薄膜的制备及其性能[J];材料科学与工程学报;2008年06期
11 周艺,徐协文,刘其城,周琼花,郏宇飞;RE/TiO_2纳米粒子在自然光下的催化氧化性能[J];中南工业大学学报(自然科学版);2002年04期
12 邵忠财;李晓丹;苏会东;魏守强;翟玉春;;微弧氧化+电解液修饰法制备TiO_2薄膜的光催化性能[J];金属学报;2008年10期
13 吴树新,马智,秦永宁,齐晓周,梁珍成;掺杂纳米TiO_2光催化性能的研究[J];物理化学学报;2004年02期
14 徐纯芳,黄妙良,程应汉;金属离子掺杂对TiO_2/沸石光催化性能的影响[J];化工环保;2004年S1期
15 姚明明,卢萍,张颖,孙国新,何畏,夏光明,蒋宛莉;陶瓷表面TiO_2薄膜的制备及光催化性能研究[J];中国粉体技术;2004年02期
16 翁秀兰;颜桂炀;刘汉甫;;金属掺杂磷铝分子筛的制备及其光催化性能研究[J];分子催化;2005年06期
17 刘畅,暴宁钟,杨祝红,陆小华;过渡金属离子掺杂改性TiO_2的光催化性能研究进展[J];催化学报;2001年02期
18 余建朋,郑泽根;金属离子掺杂对TiO_2光催化性能影响分析[J];重庆大学学报(自然科学版);2003年12期
19 蒋玉龙,钱斯文,唐培松,王智宇,樊先平;Pb~(2+)掺杂TiO_2的光催化性能研究[J];硅酸盐通报;2003年06期
20 余家国,赵修建;掺银TiO_2复合薄膜的制备和光催化性能的研究[J];稀有金属材料与工程;2000年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡志彦;王玲玲;陈建峰;徐联宾;;N掺杂TiO_2反蛋白石结构薄膜的制备及其可见光光催化性能研究[A];中国化学会第28届学术年会第11分会场摘要集[C];2012年
2 宋远卿;杨海刚;徐守斌;张见玲;江龙;淡宜;;溶胶-凝胶法制备可见光活性聚合物/TiO_2复合膜及其光催化性能的研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 江旭东;石安琪;潘春旭;;微弧氧化TiO_2薄膜的HRTEM观察及其光催化性能[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 于洪涛;赵慧敏;全燮;陈硕;;TiO_2-硅纳米线阵列复合光催化剂的制备与性能[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
5 宋林云;李云;吴玉程;叶敏;解挺;黄新明;;介孔TiO_2的制备及其光催化性能研究[A];中国颗粒学会超微颗粒专业委员会第五届年会暨海峡两岸纳米颗粒学术研讨会论文集[C];2007年
6 王鹤峰;李秀燕;杨成全;唐宾;;等离子复合处理技术制备光催化性能TiO_2薄膜[A];2008年全国荷电粒子源、粒子束学术会议暨中国电工技术学会第十二届电子束离子束学术年会、中国电子学会焊接专业委员会第九届全国电子束焊接学术交流会、粒子加速器学会第十一届全国离子源学术交流会、中国机械工程学会焊接分会2008年全国高能束加工技术研讨会、北京电机工程学会第十届粒子加速器学术交流会论文集[C];2008年
7 宋彩霞;蔺玉胜;张乾;王德宝;;TiO_2的制备及性质研究[A];2008全国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2008年
8 赵斯琴;郭敏;张梅;王习东;长山;;水热法制备Eu~(3+)离子掺杂TiO_2光催化剂的制备及其光催化性能的研究[A];第六届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2009年
9 彭天右;肖江蓉;柯丁宁;戴珂;;CdS-TiO_2/累托石复合材料的制备及其光催化性能研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
10 王晶晶;王剑波;卢寿慈;;Fe~(3+)掺杂对微乳液法制备TiO_2晶体结构及光催化性能的影响[A];中国颗粒学会第七届学术年会暨海峡两岸颗粒技术研讨会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 罗善霞;Bi_2WO_6和掺杂与负载型TiO_2光催化剂的制备与表征及其活性评价[D];天津大学;2010年
2 宋小梅;纳米结构TiO_2光电复合薄膜的协同效应[D];浙江大学;2010年
3 董帆;非金属掺杂TiO_2基纳米材料的制备新方法、结构表征及可见光催化降解气相甲苯性能[D];浙江大学;2010年
4 罗鸣;基于基板的TiO_2纳米点结构的制备及性能研究[D];浙江大学;2009年
5 张向超;掺杂TiO_2薄膜的制备、表征及性能[D];中南大学;2010年
6 周民杰;纳米TiO_2涂层及其复合涂层的制备与光阴极保护性能研究[D];华南理工大学;2010年
7 叶苗苗;纳米结构TiO_2的制备及其光催化降解4-氯硝基苯的效能研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 沈先涛;分子印迹型系列TiO_2光催化剂的制备及其选择性降解有机污染物的研究[D];华中科技大学;2009年
9 李海彦;离子掺杂TiO_2纳米材料的光电性质及光催化活性研究[D];吉林大学;2011年
10 胡海;泡沫金属负载纳米TiO_2的制备、表征及其光催化性能的研究[D];上海交通大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 陈鹏;MWNTs/TiO_2复合薄膜的制备及性能研究[D];河北师范大学;2008年
2 李新丽;高活性纳米TiO_2复合薄膜的制备与性能研究[D];兰州理工大学;2010年
3 刘岑岑;二氧化钛薄膜的制备、改性及其光催化性能研究[D];浙江大学;2010年
4 袁占强;TiO_2/窄带隙半导体复合薄膜的制备及其光电性质研究[D];河南大学;2011年
5 赵玉红;纳米TiO_2光纤涂层的设计及其光催化性能的初探[D];天津大学;2004年
6 张勇;过渡金属掺杂TiO_2的电子结构和光学特性研究[D];华中科技大学;2005年
7 董素英;纳米TiO_2光催化材料应用于南山精纺染料废水处理的研究[D];青岛大学;2009年
8 王俊哲;磁控溅射法制备掺铈TiO_2薄膜及其光催化性能的研究[D];西北大学;2011年
9 谭克奇;共掺杂TiO_2纳米晶的制备及光催化性能研究[D];河南大学;2010年
10 闫国田;共掺杂TiO_2纳米管阵列薄膜的制备及光催化性能研究[D];河南大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 邱美辉;光催化技术消除制鞋苯污染[N];中国化工报;2010年
2 李力;聚多巴胺基复合薄膜研究获得新进展[N];中国包装报;2010年
3 赵世亮;复合薄膜的曲率与材料的热收缩率差异[N];中国包装报;2011年
4 ;如何获得挺性好的复合薄膜[N];中国包装报;2002年
5 赵世亮;关于检测复合薄膜柔软度指标的探讨[N];中国包装报;2009年
6 何琼;中科大光催化技术高效净化空气[N];中国化工报;2003年
7 杨林;新型陶瓷复合薄膜研制出[N];广东建设报;2009年
8 林其水;常用软包材的特性和应用[N];中国包装报;2007年
9 吴亮;光催化技术在环保领域前景诱人[N];中国化工报;2000年
10 记者 吴亮;光催化技术环保领域显身手[N];经济参考报;2000年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978