学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Sol-gel法制备掺杂TiO_2薄膜及其光催化性能的研究

作　者: 彭艳华
导　师: 黄桂芳
学　校: 湖南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: TiO2薄膜溶胶-凝胶法离子掺杂光催化吸收光谱
分类号: O484.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 101次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

半导体光催化技术在环境治理和太阳能转化等方面有着广阔的应用前景。在诸多半导体材料中,TiO2由于化学性质稳定、无毒、成本低及抗光腐蚀等优点而备受关注。由于纯TiO2的带隙较宽,只能吸收太阳光中的紫外部分,且其光生电子与空穴容易复合,导致光催化活性较低。因此,提高TiO2吸收光谱范围和光催化量子效率是目前半导体光催化技术研究的热点之一。本文采用sol-gel提拉法在玻璃基片上制备了TiO2纳米薄膜,通过掺杂Cr、Fe、Cu等过渡金属离子对TiO2纳米薄膜进行改性。利用原子力显微镜、紫外可见吸光光度计、荧光分光光度计、X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪等研究了TiO2纳米薄膜的形貌、结构及其光学性能。主要结果如下：1.采用sol-gel法制备了Cr、Fe和Cu掺杂和纯的TiO2纳米薄膜。制备的TiO2纳米薄膜表面致密,纳米颗粒直径约为20nm-80nm。2.TiO2纳米薄膜晶体结构随退火温度的升高由锐钛矿向金红石转变,Cr离子掺杂使薄膜晶体相变温度降低,其降低幅度随掺杂浓度增大；同时Cr离子掺杂使晶粒细化。3.发现掺杂离子种类、掺杂浓度、退火温度等显著影响TiO2纳米薄膜的光学性能。掺杂后的TiO2纳米薄膜催化活性明显增强,离子掺杂后的光催化活性由强到弱的顺序为：Cu、Cr、Fe,对应的最佳掺杂浓度分别为0.2M、0.2M、0.3M,最佳退火温度分别为：300℃、400℃、500℃。离子掺杂提高了TiO2纳米薄膜的吸收光谱范围,Cr、Fe、Cu三种离子掺杂均使TiO2纳米薄膜的吸收光谱红移,吸收带边分别红移至800nm,730nm和500nm附近,极大地提高了对太阳光的吸收效率。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
插图索引  9-11
附表索引  11-12
第1章绪论  12-21
  1.1 引言  12-13
  1.2 半导体纳米材料  13
  1.3 TiO_2半导体光催化剂  13-14
  1.4 提高TiO_2光催化效率的方法  14-17
  1.5 纳米TiO_2薄膜的制备方法  17-19
  1.6 课题研究背景及意义  19-21
第2章实验部分  21-30
  2.1 实验原理  21-23
    2.1.1 溶胶-凝胶法的反应过程  21
    2.1.2 TiO_2光催化降解原理  21-23
    2.1.3 离子掺杂  23
  2.2 实验材料  23-25
    2.2.1 实验检测  23-24
    2.2.2 实验药品和仪器  24-25
  2.3 实验方法  25-28
    2.3.1 Sol-gel法制备TiO_2纳米薄膜及其掺杂样品  25-27
    2.3.2 TiO_2纳米薄膜及其掺杂样品的表征  27-28
  2.4 光催化降解  28-30
    2.4.1 实验方法  28
    2.4.2 降解装置  28-30
第3章 TiO_2及其掺杂纳米薄膜的制备  30-36
  3.1 前言  30
  3.2 pH值的对溶胶质量的影响  30-32
    3.2.1 pH值对未掺杂TiO_2溶胶胶凝时间的影响  30-31
    3.2.2 pH值对掺杂离子的TiO_2溶胶胶凝时间的影响  31-32
  3.3 掺水量对溶胶质量的影响  32-33
  3.4 醇酯比对溶胶质量的影响  33-34
  3.5 其它影响因素  34
  3.6 TiO_2纳米薄膜表面形貌  34-35
  3.7 本章结论  35-36
第4章 Cr掺杂对TiO_2纳米薄膜晶体结构及光催化性能的影响  36-49
  4.1 前言  36
  4.2 X射线衍射(XRD)分析  36-39
  4.3 X射线光电子能谱(XPS)分析  39-41
  4.4 紫外-可见吸收光谱分析  41-44
  4.5 荧光分光光谱分析  44-45
  4.6 催化降解  45-47
  4.7 本章小结  47-49
第5章 Fe(Cu)掺杂对TiO_2纳米薄膜光催化性能的影响  49-60
  5.1 引言  49
  5.2 Fe~(3+)掺杂对TiO_2纳米薄膜光催化性能的影响  49-52
    5.2.1 紫外-可见吸收光谱分析  49-51
    5.2.2 荧光分光光谱分析  51-52
  5.3 Cu~(2+)掺杂对TiO_2纳米薄膜光催化性能的影响  52-56
    5.3.1 紫外-可见吸收光谱分析  52-54
    5.3.2 荧光分光光谱分析  54-56
  5.4 同时掺杂两种或两种以上金属离子对TiO_2薄膜光催化性能的影响  56-58
  5.5 本章小结  58-60
结论  60-61
参考文献  61-67
附录A 攻读学位期间发表的学术论文录  67-68
致谢  68

Sol-gel法制备掺杂TiO_2薄膜及其光催化性能的研究

内容摘要

全文目录

相似论文