学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

改性TiO2薄膜的制备及性能研究

作　者: 汪宇炎
导　师: 汪洋
学　校: 浙江理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: TiO2薄膜 掺杂 过氧钛酸 亲水性 光催化
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 75次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


二氧化钛（TiO2）薄膜具有优异的光催化和光致亲水性能,其化学性质稳定、无毒、成本低,是理想的光催化剂,应用前景广阔,包括防雾、杀菌、消毒、防污、自清洁等。然而,TiO2在实际应用过程中也存在着一些缺陷:①光生载流子容易复合,量子效率低;②光学带隙较大,吸收波长范围窄,主要集中在紫外区域,只能吸收利用太阳光中占4%左右的紫外线部分。TiO2光催化技术的应用和发展被这些缺陷所制约,如何拓展TiO2的光谱响应范围和提高TiO2的量子产率是解决TiO2薄膜应用的关键。因此,研制可见光激发的高效纳米TiO2半导体薄膜具有重大意义。目前制备TiO2薄膜主要采用的方法有磁控溅射法、化学气相沉积法和溶胶-凝胶法等,其中溶胶-凝胶法是制备TiO2薄膜最常用的方法之一。由于Ti4+离子极易水解,传统溶胶-凝胶法中都要使用大量的有机溶剂或强酸溶液,造成环境污染,本实验采用氨水改性过氧钛酸溶胶-凝胶法制备了TiO2前驱体溶液,该反应采用水作为反应介质,双氧水做络合剂,具有环境污染小和生产成本低等特点。本实验采用过氧钛酸溶胶-凝胶法制备了TiO2薄膜并对其进行Fe、N掺杂改性,对不同工艺条件制备的TiO2薄膜进行了EDX、AFM、XRD、紫外可见光吸收光谱、光致亲水性以及光催化降解亚甲基蓝测试。本文研究了不同离子掺杂对TiO2薄膜的表面形貌、晶体结构、光学性能、光致亲水性以及光催化性的影响。找出制备具有亲水性和催化性TiO2薄膜的最佳工艺条件。在以玻璃为基底制备的TiO2薄膜的研究结果表明:4层膜厚500℃退火2h的TiO2薄膜的亲水性最好,在紫外光照射1h后薄膜表面水的接触角为4°达到了超亲水状态。4层膜厚400℃退火2h的TiO2薄膜的光催化性最好,在紫外光照2h后能够分解20.5%的亚甲基蓝溶液。对TiO2薄膜进行Fe掺杂研究结果发现:Fe掺杂抑制了TiO2晶粒的生长,使薄膜的吸收带红移,在紫外光照射下,低浓度Fe掺杂TiO2薄膜的亲水性能要优于未掺杂TiO2薄膜,高浓度掺杂的TiO2薄膜的亲水性能比未掺杂TiO2薄膜差。N掺杂TiO2薄膜的研究发现:随着掺杂浓度的增加TiO2薄膜的吸收带逐渐红移,当N、Ti摩尔比为2:1时,TiO2薄膜的吸收带已经红移到了可见光区。在可见光照3h后,N、Ti比为2:1和3:1的N掺杂TiO2薄膜能达到超亲水状态,N、Ti比为3:1的TiO2薄膜在可见光下的催化活性最好。Fe、N共掺杂TiO2薄膜的研究表明:Fe、N共掺杂TiO2薄膜具有可见光活性,在光照下Fe、N共掺杂比N掺杂的TiO2薄膜的接触角下降速度快。Fe、N共掺杂TiO2薄膜降解亚甲基蓝的速度比N、Ti比为2:1的N掺杂TiO2薄膜快。在紫外和可见光下,本文所制备的TiO2薄膜薄膜都具有良好的光致超亲水性和光催化性,为TiO2薄膜的实际应用打下了坚实的基础。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 TiO_2 的基本特性  10-12
  1.2 TiO_2 的应用  12-15
    1.2.1 TiO_2 的光催化性  12-13
    1.2.2 TiO_2 薄膜的光致超亲水性  13-15
  1.3 TiO_2 薄膜的改性研究  15-16
    1.3.1 贵金属掺杂  15
    1.3.2 过渡金属掺杂  15-16
    1.3.3 非金属掺杂  16
    1.3.4 薄膜复合  16
    1.3.5 染料敏化  16
  1.4 TiO_2 薄膜的制备方法研究  16-19
    1.4.1 真空蒸镀法  17
    1.4.2 溅射法  17
    1.4.3 化学气相沉积法  17
    1.4.4 液相沉积法  17-18
    1.4.5 水热法  18
    1.4.6 溶胶-凝胶法  18-19
  1.5 选题意义及研究内容  19-21
    1.5.1 本文的研究意义  19-20
    1.5.2 本文主要研究内容  20-21
第二章 实验原理及方法  21-28
  2.1 过氧钛酸溶胶-凝胶法制备TiO_2 薄膜原理  21-22
  2.2 实验材料  22-23
  2.3 实验设备  23
  2.4 样品表征  23-25
    2.4.1 X 射线衍射  23
    2.4.2 能谱分析  23-24
    2.4.3 原子力显微镜  24
    2.4.4 紫外/可见光谱  24
    2.4.5 傅利叶红外光谱  24-25
  2.5 亲水性测试  25-26
  2.6 光催化测试  26-28
第三章 TiO_2薄膜的制备及性能研究  28-44
  3.1 TiO_2 薄膜的制备过程  28-31
    3.1.1 基片清洗  28
    3.1.2 TiO_2 溶胶的制备  28-29
    3.1.3 TiO_2 薄膜的制备  29-30
    3.1.4 TiO_2 薄膜的热处理  30-31
  3.2 结果与讨论  31-43
    3.2.1 TiO_2 前驱体溶液的特征性能  31-32
    3.2.2 TiO_2 前驱体溶液干燥粉末的红外分析  32-33
    3.2.3 TiO_2 前驱体溶液干燥粉末的热失重分析  33-34
    3.2.4 TiO_2 薄膜的能谱分析  34-35
    3.2.5 TiO_2 薄膜的晶型分析  35-36
    3.2.6 TiO_2 薄膜的表面形貌  36-38
    3.2.7 TiO_2 薄膜的光学性能  38-40
    3.2.8 TiO_2 薄膜的光致亲水性能  40-42
    3.2.9 TiO_2 薄膜的光催化性能  42-43
  3.3 小结  43-44
第四章 Fe 掺杂TiO_2薄膜的制备及性能研究  44-52
  4.1 Fe 掺杂TiO_2 薄膜的制备  44-45
  4.2 结果与讨论  45-51
    4.2.1 Fe 掺杂TiO_2 薄膜的能谱分析  45-46
    4.2.2 Fe 含量对薄膜晶型的影响  46-47
    4.2.3 Fe 含量对薄膜形貌的影响  47-48
    4.2.4 Fe 含量对薄膜光学性能的影响  48
    4.2.5 Fe 含量对薄膜亲水性能的影响  48-50
    4.2.6 Fe 含量对薄膜催化性能的影响  50-51
  4.3 小结  51-52
第五章 N 掺杂TiO_2薄膜的制备及性能研究  52-60
  5.1 N 掺杂TiO_2 薄膜的制备  52-53
  5.2 结果与讨论  53-58
    5.2.1 N 掺杂TiO_2 薄膜的元素分析  53-54
    5.2.2 N 掺杂TiO_2 薄膜形貌和晶型的影响  54-55
    5.2.3 N 掺杂TiO_2 薄膜光学性能的影响  55
    5.2.4 N 掺杂TiO_2 薄膜亲水性能  55-57
    5.2.5 N 掺杂TiO_2 薄膜的催化性能  57-58
  5.3 小结  58-60
第六章 Fe、N 共掺杂TiO_2薄膜的制备及性能研究  60-65
  6.1 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的制备  60
  6.2 结果与讨论  60-64
    6.2.1 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的能谱分析  60-61
    6.2.2 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的晶型分析  61
    6.2.3 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的光学性能  61-62
    6.2.4 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的亲水性  62-63
    6.2.5 Fe、N 共掺杂TiO_2 薄膜的光催化性  63-64
  6.3 小结  64-65
第七章 结论  65-67
第八章 展望  67-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
硕士研究生期间发表的论文  74

相似论文

  1. 钛酸盐光催化剂的制备及光催化分解水性能,O643.36
  2. 稀土元素掺杂Ca3Co4O9与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
  3. 基于酚醛树脂活性炭的制备及负载TiO2吸附—光催化性能,TQ424.19
  4. 可磁分离的TiO2基光催化纳米纤维的制备研究,TB383.1
  5. Fe，V共掺杂TiO2催化剂的合成、表征及其性能研究,O614.411
  6. 静电纺丝法制备TiO2及其光催化行为的研究,O614.411
  7. 钛酸钡基NTC热敏陶瓷电阻的制备与研究,TQ174.1
  8. 不同类型亲水结构表面修饰聚氨酯的合成及其生物相容性研究,R318.08
  9. 功能化纳米二氧化钛多孔材料的制备、表征及性能研究,TB383.1
  10. 有序多孔TiO2薄膜的制备及其性能研究,TB383.2
  11. 半导体光催化材料的制备及其光催化性能研究,O643.36
  12. 基片参数对微带带通滤波器传输特性影响研究,TN713.5
  13. 纳米LaFeO3的可控合成及其与TiO2桥联复合光催化剂建构,O643.36
  14. 基于微乳液体系制备ZnO光催化材料,O614.241
  15. 中空球型纳米Bi2WO6的制备及光催化降解水中有机污染物的研究,X703.1
  16. ZnO-TiO2复合体的改性及其光催化性能研究,X703
  17. Na、K与Mg共掺杂ZnO薄膜的制备及性能研究,TB383.2
  18. 负载型杂多酸催化剂的制备、表征及光催化降解废水中有机染料的研究,X703
  19. ZnO掺杂效应的第一性原理研究,O614.241
  20. 碳纳米纤维及其复合材料的制备与特性研究,TB383.1
  21. 溶胶—凝胶法制备棒状氮掺杂纳米氧化锌及其性能研究,TB383.1

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
© 2012 www.xueweilunwen.com