纳米二氧化钛薄膜光催化剂的合成及特性
二氧化钛薄膜的制备及其在光催化降解中的应用
二氧化钛薄膜的制备及其在光催化降解中的应用二氧化钛薄膜是一种常见的光催化材料，具有良好的催化性能和化学稳定性，广泛应用于环境治理、能源利用、医疗卫生等领域。
本文将介绍二氧化钛薄膜的制备方法及其在光催化降解中的应用。
一、二氧化钛薄膜的制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备二氧化钛薄膜的方法，基本过程包括：溶胶合成、凝胶制备、薄膜涂布、热处理等步骤。
其中，溶胶合成和凝胶制备是关键步骤。
在这个过程中，钛源和溶剂或催化剂经过反应形成钛溶胶，并通过控制反应条件、添加表面活性剂等措施调节溶胶的大小、形态和分散度；然后将溶胶加入凝胶剂中，通过混合、沉淀、过滤、洗涤等步骤，制备出均匀、致密的二氧化钛凝胶。
最后，将凝胶液涂覆在基材表面，经过热处理，就可以得到二氧化钛薄膜。
2. 水热合成法水热合成法是一种常用的制备纳米二氧化钛薄膜的方法，主要通过水热反应控制粒径和形貌。
其基本工艺是将钛源、反应剂和水溶液混合，在高压、高温下反应，通过水热反应形成纳米颗粒，并滞留在基材表面，最终生成一层纳米二氧化钛薄膜。
3. 真空蒸发法真空蒸发法是一种制备薄膜的经典方法，可以制备出极薄的二氧化钛膜。
其基本原理是使用真空蒸发设备，在高真空下将钛源加热蒸发，产生气态的钛原子，通过沉积在基材表面制备出均匀、致密的二氧化钛薄膜。
二、二氧化钛薄膜在光催化降解中的应用1. VOCs处理挥发性有机化合物（VOCs）是一种常见的大气污染物，对环境和人类带来危害。
二氧化钛光催化剂可以通过电子-空穴对的产生，将VOCs分解成CO2和H2O等无害物质，达到净化大气的目的。
已有研究表明，利用二氧化钛薄膜进行光催化降解VOCs具有高效、低成本、高选择性等优点。
2. 废水处理废水中的有机物、亚甲基蓝等粗放污染物难以通过传统的水处理方法去除。
利用二氧化钛光催化剂使其逐渐降解为无害物质，成为一种新型的水处理方法。
在这个过程中，二氧化钛薄膜可以被溶解在废水中，充分利用其高比表面积、高活性等优点。
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究
纳米TiO2材料的制备及其光催化性能研究随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。
环境问题已严重影响现代文明的发展，有机污染物具有持久性的特点而长期威胁人类健康，开发和设计仅利用太阳能即可完成对有机污染物降解的新材料将会是解决环境问题的有效方法之一。
纳米TiO2作为一种光催化材料，具有优异的物理和化学性质，因而被广泛应用和重点研究。
本文就纳米TiO2材料的制备及其光催化性能展开探讨。
标签：纳米TiO2;光催化;制备方法;光催化效能引言半导体光催化技术是解决环境污染与能源短缺等问题的有效途径之一。
以二氧化钛为代表的光催化剂在染料敏化太阳能电池、锂离子电池、光伏器件以及光催化领域表现出明显的使用优势.但是TiO2本身的弱可见光吸收、低电导率、高载流子复合速率限制了其在工业生产中的进一步使用。
科技工作者一般通过掺杂、半导体复合、燃料敏化、表界面性质改性等方法提高TiO2的光电化学性能，使其能在生产实践中广泛应用。
1、TiO2材料简介TiO2在自然界中的主要存在形态为金红石、锐钛矿和板钛矿三种晶型，其中金红石是TiO2的高温相，锐钛矿和板钛矿两种形态是TiO2的低温相。
在三种晶型中光催化活性最好的为锐钛矿型TiO2。
锐钛矿型TiO2的禁带宽度为3.2eV 与之对应的激发波长为387nm。
所以，TiO2作为光催化剂在紫外光条件下具有催化活性，在可见光下一般没有活性。
只有对它的结构进行改性，使它的禁带宽度得以缩小，才可以实现材料在可见光条件下的催化降解反应。
改性的方式目前主要有以下几种方法：通过改变晶体内部结构来改变催化剂禁带宽度的离子掺杂方法，通过形成异质结改变能带结构的半导体复合法，提高催化剂对光的吸收能力的表面光敏化法，增大催化剂比表面积使晶粒细化的负载载体法等。
光催化材料中电子e一和空穴h十的浓度会影响有机物的降解速度。
粒径的减小能够使表面原子增加，使光催化剂吸收光的效率显著提高，使其表面e一和h十的浓度增大，从而提高光催化剂的催化活性。
二氧化钛光催化性能
原理，致力提高光催化效率。
Fujishima和Honda的研究工作引起了人们对半导体在光作用下能否用于污染 控制的兴趣，而半导体光电化学的研究结果为开展这一工作奠定了基础。从七十年代
初期以来，国外许多学者竞相开展这方面的研究。1976年,J. H. Cary报道了TiO?水 浊液在近紫外光的照射下可使多氯联苯脱氯，注意到TiO2水体系在光照条件下可非
日常生活废水中含有大量的表面活性剂，这种废水不但容易产生异味和泡沫，而且 还会影响废水的生化。表面活性剂不但很难降解，有时还会产生有毒或不溶解的中间
体。研究证明，采用纳米TiO2催化剂分解表面活性剂可以取得较好的效果。虽然表面 活性剂中的烷基链较难完全被纳米TiO2催化剂氧化成CO2,但表面活性剂中芳环的破
纳米二氧化钛光催化性能的研究
摘要：介绍实验室制备金红石型二氧化钛的一种方法，并通过XRD扫描分析其相 态，经扫描电子显微镜观察所制备的二氧化钛的形貌和尺寸， 最后在紫外光照射下研 究其对有机物的降解。
关键词：制备；TiO2；纳米材料；光催化。
1
早在1929年人们就知道了涂料的“钛白”现象，即涂料中的二氧化钛能使颜料褪 色。后来的研究发现，造成这一现象的原因是TiO2的光敏化行为，即TiO2的光敏化引 起油漆中有机物粘合剂的光降解，从而导致尤其涂料的不稳定。20世纪70年代和80
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究近年来，由于不断改善的能源问题和环境污染，对功能材料的要求越来越高，特别是对催化剂的要求更加迫切。
因此，研究新型功能催化剂成为当今国际材料研究的热点话题。
研究表明，纳米二氧化钛膜催化剂具有优良的光催化性能和热稳定性，可以用作光催化剂和催化剂材料，为众多应用提供良好的基础。
纳米二氧化钛膜催化剂是在钛基板上沉积以纳米粒子形式构成的二氧化钛膜，具有窄分布的粒径和自调制能力。
目前，研究人员主要利用化学气相沉积（CVD）、化学气相沉积-固相蒸发（CVD-PVD）、直流-直流（DC-DC）及溶胶-凝胶（S/G）等方法进行纳米二氧化钛膜催化剂的制备和表征。
纳米二氧化钛膜催化剂具有优良的光催化性能，它可以有效破除水溶液中的污染物，如氨氮和亚硝酸盐，可以有效地破坏有机物，如甲醛和乙酸。
除此之外，研究还表明，纳米二氧化钛膜催化剂具有优异的热稳定性，在450以上仍可保持其结构和形貌的稳定性，在高温下的连续循环反应中表现出优异的催化活性。
为了解纳米二氧化钛膜催化剂的光催化活性，采用浸渍法和涂层法对催化剂进行改性，对样品进行X射线衍射分析，用电子扫描显微镜（SEM）对催化剂表面形貌进行观察和测量，并采用紫外-可见漫反射光谱（VIS-DRS）进行光催化性能检测，结果表明，纳米二氧化钛膜催化剂具有高效的光催化性能。
通过实验，纳米二氧化钛膜催化剂在水中对甲醛有很高的去除率，且在温度360℃以上仍能保持稳定，而且可在高温下连续循环反应，具有优良的降解性能。
综上所述，纳米二氧化钛膜催化剂具有良好的光催化性能和热稳定性，可以作为一种新型有效的光催化剂材料，为环境污染治理提供有效催化剂，为众多环境应用提供良好的基础。
纳米二氧化钛光催化原理
纳米二氧化钛光催化原理
纳米二氧化钛光催化是一种通过利用纳米二氧化钛作为催化剂，利用光照下光生电荷的特性来促进光化学反应的过程。
纳米二氧化钛催化的原理主要涉及到两个关键步骤：光吸收和电子传输。
首先是光吸收过程。
纳米二氧化钛具有广阔的能带结构，光能可以在其表面被吸收。
当光能与纳米二氧化钛相互作用时，电子将被激发至较高的能级，并产生电荷分离。
其次是电子传输过程。
激发后的电荷（电子空穴对）会被分离并迁移到纳米二氧化钛的表面。
电子通常会迁移到导电带上，而空穴则会迁移到价带上。
这种电子与空穴分离产生的电荷极化会使纳米二氧化钛具有催化活性。
纳米二氧化钛表面的催化活性可用于促进光化学反应。
光照下，纳米二氧化钛表面的电荷分离状态会引发一系列反应，例如光解水、光催化氧化有机物等。
电子和空穴分别参与氧化还原反应，从而促进了催化反应的进行。
总的来说，纳米二氧化钛光催化利用了纳米二氧化钛催化剂的特殊性质，通过光生电荷的产生和传输，促进了光化学反应的发生。
这种技术在环境净化、能源转换和有机合成等领域有着广泛的应用前景。
纳米二氧化钛的性质及应用进展
二、纳米二氧化氧化钛在光学领域具有广泛的应用，其中最具代表性的是光催化。纳 米二氧化钛在紫外光下能够高效降解有机污染物，如挥发性有机物、染料、农药 等。通过光催化反应，这些污染物可以被分解为无害的二氧化碳和水，从而达到 净化环境的目的。此外，纳米二氧化钛还可以用于光电催化制氢、太阳能电池等 领域。
一、纳米二氧化钛的性质
纳米二氧化钛是一种白色粉末，具有高透明度、高分散性和低能耗等特点。 其晶体结构包括锐钛矿型和金红石型两种，前者具有较好的光催化性能，后者则 具有较高的稳定性和耐候性。纳米二氧化钛的制备方法主要包括化学气相沉积、 液相法、溶胶-凝胶法等，其中最为常用的是液相法。
纳米二氧化钛具有优异的光学性能，其带隙能约为3.2 eV，对应于紫外光的 吸收波长范围。因此，纳米二氧化钛在紫外光下具有高效的光催化性能，可用于 降解有机污染物、抗菌消毒等领域。此外，纳米二氧化钛还具有较好的化学稳定 性和耐候性，使其在室外环境下仍能保持较高的活性。
六、结论
纳米二氧化钛作为一种重要的无机纳米材料，由于其独特的物理化学性质， 在光学、电子、医药等领域具有广泛的应用前景。本次演示对纳米二氧化钛的应 用研究进展进行了详细探讨，总结了其研究现状、成果与不足，并指出了未来的 研究方向。随着纳米技术的不断发展和新材料领域的不断创新，相信纳米二氧化 钛在未来将会在更多领域得到广泛应用，为人类社会的发展和进步做出贡献。
然而，纳米二氧化钛的应用仍存在一些问题和不足之处。首先，其制备过程 较为复杂，需要严格控制制备条件，以保证其结构和性能的稳定性。其次，纳米 二氧化钛的应用过程中可能存在一定的环境风险，需要加强对其生态毒理学的研 究和控制。最后，纳米二氧化钛的大规模生产和应用还需要进一步完善产业链和 市场推广。
结论
二氧化钛光催化简介
掺杂离子的种类主要是过渡金属离子和稀土金属离子
掺杂金属离子的原则：
2.非金属离子掺杂
非金属元素掺杂是利用非金属元素取代二氧化 钛中的部分O元素。 主要掺入N、P、C、S和卤素等，通过这些掺杂， 实现了对可见光的响应，提高了二氧化钛的光电 特性。
非金属掺杂中存在的问题：
1、非金属元素掺杂二氧化钛的稳定性研究较少， 在强氧化物的存在下可能导致非金属元素的流逝 2、非金属元素掺杂二氧化钛在可见光激发下的空穴 比紫外线激发下的空穴氧化能力要低，这就影响到 能否在可见光下实现对大部分有机物的矿化。 同时对于掺杂导致的能带位移也关注较少。
二氧化钛的光催化性能 二氧化钛的三种晶体结构 纳米二氧化钛的制备方法 二氧化钛在实际应用中的缺陷 提高TiO2光催化性能的主要途径
二氧化钛：一种半导体光催化材料
半导体光催化：是光学、电化学、材料学、
表面化学和催化化学等领域的新兴交叉学科， 其特征是半导体材料通过有效吸收光能产生 具有极强氧化能力和还原能力的发生空穴 和电子，在催化剂表面发生直接或间接的氧 化或还原反应。 目前，半导体光催化已形成两个研究方向： 太阳能光电转化和环境治理光催化。
解决办法：对二氧化钛进行改性，通过改性可提高激发 电荷分离，扩大其作用的光波长范围以提高太阳光的利用率、 提高二氧化钛的稳定性、提高光催化反应的选择性或产率等。
➢贵金属沉积
➢离子掺杂
➢采用复合半导体 ➢添加适当的有机染料敏化剂
贵金属沉积
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究
纳米二氧化钛膜催化剂的制备及其光催化活性的研究近年来，纳米材料在环境污染治理以及能源转换方面发挥着重要作用，广泛应用于太阳能电池、氢能源存储和利用、污染物去除等领域。
其中，纳米二氧化钛是一种中等结构的金属氧化物，具有良好的结构稳定性、高吸附性能和优良的光催化活性，可以有效地改善空气质量。
因此，纳米二氧化钛膜催化剂的制备和光催化性质研究显得尤为重要。
首先，纳米二氧化钛膜催化剂的制备方法主要分为水热法、化学气相沉积（CVD）法和物理气相沉积（PVD）法。
水热法是目前最为常用的一种制备方法，它可以利用氯化钛和氨水反应合成纳米二氧化钛微粒。
采用水热法可以获得的纳米二氧化钛具有很好的晶格结构稳定性，并且表面比较洁净，不需要进行复杂的表面改性处理。
但是水热法有几个缺点，如需要较长的反应时间，组成不同晶型的纳米二氧化钛难以得到，控制结构和大小也不太容易。
CVD法是建立在布拉格反射原理的基础上的一种微纳米催化剂的制备方法，这种方法可以直接控制纳米粒子的大小，但这种方法有时也会不稳定，得到的粒子大小可能与预期的大小不同。
PVD法是一种用于制备各种纳米粒子的常用方法，它可以将分子直接沉积在特定表面，受到温度和气压等多种条件的影响，它可以准确控制粒子表面接受物质的样式和数量以及粒子之间的空隙。
但PVD法得到的粒子比较小，大小一般不超过几纳米，且悬浮特性差，不容易得到较平整的膜。
综上所述，纳米二氧化钛膜催化剂的制备可以通过多种方法实现，水热法、CVD法和PVD法都可以获得好的结果。
而由于纳米二氧化钛具有优良的光催化活性，因此，对其光催化性能的研究也非常重要。
如今，科学家们已经研究出了几种纳米二氧化钛膜的光催化性能，其中主要有：用于制备可见光催化剂的多孔结构、用于可见光/紫外光催化剂的功能改性表面、用于制备染料敏化剂的金属有机框架（MOF）等。
这些催化剂可以有效地减少有毒有害物质，如VOCs和NOX等。
多孔结构是改善纳米二氧化钛光催化性能的一种方法，例如，研究人员利用水热法在二氧化钛上制备多孔层状结构，这种多孔层状催化剂具有很大的表面积，可以有效地提高光催化活性。
纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究毕业论文
毕业设计（论文）纳米二氧化钛的制备与光催化性能研究1 绪论二氧化钛，化学式为TiO2，俗称钛白粉，多用于光触媒、化妆品，能靠紫外线消毒及杀菌，现正广泛开发，将来有机会成为新工业。
二氧化钛可由金红石用酸分解提取，或由四氯化钛分解得到。
二氧化钛性质稳定，大量用作油漆中的白色颜料，它具有良好的遮盖能力，和铅白相似，但不像铅白会变黑[1]；它又具有锌白一样的持久性。
二氧化钛还用作搪瓷的消光剂，可以产生一种很光亮的、硬而耐酸的搪瓷釉罩面。
在过去的研究中，用半导体粉末对水、油和空气中的有毒有机化合物进行光催化降解和完全矿化引起了人们的大量关注。
由于抗光腐蚀性，化学稳定性，成本低，无毒和强氧化性，二氧化钛被作为应用最广泛的光催化剂来光降解水和空气中的有毒化合物。
但是二氧化钛具有较大的带隙（锐钛矿相二氧化钛为3.20ev）因此，只有较小一段太阳光区域，大约为2%~3%紫外光区可被应用[2]。
人们尝试用各种制备方法，如贵金属掺杂、氧化物复合、表面修饰等等方法，防止和减少电子与空穴的复合，提高催化剂的光催化活性。
众所周知，吸附和催化的效率与固体的孔径及表面积有关，因此，对二氧化钛进行修饰、改性及增大比表面积是提高光量子效率和增大反应速率的一个有效的方法与途径。
1.1 TiO2的结构与基本性质1.1.1物理常数及结构特征表1 TiO的物理常数1.1.2 TiO2的结构特征在自然界中，TiO2存在三种晶型结构，即金红石、锐钛矿和板钛矿。
这些结构的区别取决于TiO68-八面体的连接方式，图1-1是TiO68-八面体的两种连接方式，锐钛矿结构是由TiO68-八面体共边组成，而金红石和板钛矿结构则是由TiO68-八面体共顶点且共边组成。
锐钛矿TiO2中的每个八面体与周围8个八面体相连，金红石TiO2中每个八面体与周围10个八面体相连。
事实上锐钛矿可以看做是一种四面体结构，而金红石和板钛矿则是晶格稍有畸变的八面体结构[3]。
简单地认为锐钛矿比金红石活性高是不严谨的，它们的活性受其晶化过程的一些因素影响。
TiO2综述
TiO2综述纳⽶TiO2的性能、应⽤及其制备⽅法综述摘要：纳⽶TiO2具有独特的光催化性、优异的颜⾊效应以及紫外线屏蔽等功能, 在光催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、⽓敏传感器件等⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。
国内外⽂献对纳⽶TiO2的性质、应⽤及其制备⽅法进⾏了⼤量的性能、应⽤及制备⽅法研究进⾏了综述。
的研究报道, 本⽂对有关纳⽶TiO2关键字：纳⽶TiO2、性能、应⽤、制备⼀、简介：纳⽶⼆氧化钛，亦称纳⽶钛⽩粉。
从尺⼨⼤⼩来说，通常产⽣物理化学性质显著变化的细⼩微粒的尺⼨在100纳⽶以下，其外观为⽩⾊疏松粉末。
具有抗紫外线、抗菌、⾃洁净、抗⽼化功效，可⽤于化妆品、功能纤维、塑料、油墨、涂料、油漆、精细陶瓷等领域。
⼆、分类：①、按照晶型可分为:⾦红⽯型纳⽶钛⽩粉和锐钛型纳⽶钛⽩粉。
②、按照其表⾯特性可分为:亲⽔性纳⽶钛⽩粉和亲油性纳⽶钛⽩粉。
③、按照外观来分：有粉体和液体之分，粉体⼀般都是⽩⾊，液体有⽩⾊和半透明状。
三、纳⽶TiO2的性能：纳⽶TiO2除了具有与普通纳⽶材料⼀样的表⾯效应、⼩尺⼨效应、量⼦尺⼨效应和宏观量⼦隧道效应等外, 还具有其特殊的性质, 尤其是催化性能。
3. 1 基本物化特性纳⽶TiO2有⾦红⽯、锐钛矿和板钛矿3种晶型。
⾦红⽯和锐钛矿属四⽅晶系, 板钛矿属正交晶系,⼀般情况下,板钛矿在650℃转变为锐钛矿,锐钛矿915℃转变为⾦红⽯。
结构转变温度与TiO2颗粒⼤⼩、含杂质及其制备⽅法有关,颗粒愈⼩,转变温度愈低,锐钛型纳⽶TiO2向⾦红⽯型转变的温度为600℃或低于此温度。
纳⽶TiO2化学性能稳定,常温下⼏乎不与其它化合物反应,不溶于⽔、稀酸,微溶于碱和热硝酸,不与空⽓中CO2、SO2、O2等反应,具有⽣物惰性和热稳定性,⽆毒性[1]。
3. 2光催化性3.2.1光催化原理纳⽶TiO2是⼀种n型半导体材料,禁带宽度较宽,其中锐钛型为3.2eV,⾦红⽯型为3.0eV,当它吸收了波长⼩于或等于387.5nm 的光⼦后,价带中的电⼦就会被激发到导带,形成带负电的⾼活性电⼦e-,同时在价带上产⽣带正电的空⽳h+,吸附在TiO2表⾯的氧俘获电⼦形成?O2-,⽽空⽳则将吸附在TiO2表⾯的OH-和H2O氧化成具有强氧化性的?OH,反应⽣成的原⼦氧、氢氧⾃由基都有很强的化学活性, 氧化降解⼤多数有机污染物,同时空⽳本⾝也可夺取吸附在半导体表⾯的有机物质中的电⼦,使原本不吸收光的物质被直接氧化分解,这两种氧化⽅式可能单独起作⽤也可能同时起作⽤,对于不同的物质两种氧化⽅式参与作⽤的程度有所不同[2]。
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任成军等 纳米二氧化钛薄膜光催化剂的合成及特性
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式中 R 为 C4H9 烷基团 2.5 物性分析测试
日本精工 SPA-400 型(20µm 的扫描器 DFM 模式)扫描探针显微镜测样品形貌和粒径 PHILIPS 公 司生产的 X Pert Pro MPD X 射线衍射仪(辐射源为 CuKα 工作条件为 50kV/35mA)测样品的 XRD 谱图 IR-408(光栅)红外光谱仪测溶胶及粉末的红外透过光谱 英国 KRATOS 公司生产的 XSAM800
将载玻片用 5%的洗涤剂洗净后 放在 10%的盐酸中煮沸十分钟 取出后依次用自来水 蒸馏水
清洗数次 最后将洁净的玻片放入烘箱中烘干 保存于干燥器中待用
2.3 薄膜的制备
用洁净的普通钠钙玻片作基体从溶胶前驱体中采用浸渍提拉的方法制备二氧化钛薄膜 提拉速
收稿日期 2002-09-16 修订日期 2003-08-11 作者简介 任成军(1965-), 女, 四川达州市人 四川大学在职博士生 通讯联系人 任成军 E-mail : renchj@
具有很好的光催化性 通过掺 SnO2 酸处理途径明显提高了其性能
关键词 纳米 TiO2 薄膜 光降解 掺 SnO2 酸处理
中图分类号 O643.36; TQ426.6
文献标识码 A
1前 言
纳米二氧化钛薄膜具有光催化性 在空气净化 废水的深度处理 防污自清洁等方面有着诱人的
应用前景[1~4] 溶胶-凝胶法工艺简单 合成温度低 得到的产品纯度高 化学组分均匀 粒径分布窄 易大面积制膜 因而是目前研究最多的 TiO2 薄膜制备方法 在基材上附着牢固性是评价二氧化钛薄 膜好坏的重要指标之一 但现有文献报道的制膜方法中存在 TiO2 薄膜的附着强度不够稳定 有起层 现象, 且溶胶的使用时间较短[5] 文献 [6]曾报道了用配比为钛酸四丁酯 正丙醇 乙酰丙酮 水 =5.0:35:1.5:2.0 (体积)的原料制得稳定的 TiO2 薄膜 但正丙醇价格较贵(约为无水乙醇的 3 倍)且粘度 较大 镀 膜 不 易 控 制 本 文 以 无 水 乙 醇 为 溶 剂 在 配 比 为 Ti(OC4H9)4 CH3CH2OH: NH(C2H5O)2: H2O=17:67:5:0.5 (体积)的溶胶中 分别添加少量乙酰丙酮 丙三醇 考察其对溶胶稳定性及薄膜成膜 效果的影响 实验表明 添加 1mL 乙酰丙酮后溶胶可稳定使用 2 月且膜层牢固 添加 0.5mL 丙三醇 溶胶的粘度明显增大
表 3 为 2#样品不同镀膜次数的光催化性能 可看出 涂层越厚光催化效率越高 但并不呈线性
关系 一般镀膜达 5 次以上 光催化效率提高就较缓慢 其原因是从 1 层膜到 5 层膜 参与光降解反
应的 TiO2 颗粒数增多 故光催化效率提高 5 层镀膜以上 虽然 TiO2 颗粒数增加 反应物扩散到内 层的速率及产物扩散到溶液中的速率明显减小了 故内层 TiO2 的光降解率小于外层 TiO2 的光降解率 导致涂层越厚其光降解率增加缓慢
表 2 TiO2 薄膜表面及内层的化学组成
Table 2 Content of TiO2 films / %
Element
Ti
O
C
Na
Si
Films surface
15.9
50.1
19.4
12.5
2.1
Sputtered 300s
20.3
51.3
24.1
3.4
0.8
3.5 光催化活性
3.5.1 镀膜次数对光催化活性的影响
合物 500mL 烧杯为反应器 20W 的紫外杀菌灯(主波长 253.7nm)为光源 ,一片 65mm×25mm 二片 25mm×20mm 的 TiO2 薄膜为催化剂 光照 6hr 后, 用 721-W 型分光光度计测最大吸收波长 464nm 处 甲基橙溶液的浓度变化,以反映催化剂的光催化活性
3 结果与讨论
Loose and opaque
由表 1 可看出, 无添加剂时有起层现象 只加丙三醇时 由于溶胶粘度增 加较大 流动性较差 膜层不均匀 且焙烧后易使膜层产生不透明的条纹或小 斑点 添加乙酰丙酮后, Ti(OC4H9)4 与 CH3COCH2COCH3 形成六元螯合物 它具 有很强的空间位阻效应[7] 可阻止 Ti4+ 被水进攻而水解 抑制了 Ti(OC4H9)4 水 解速率 得到的 TiO2 溶胶颗粒细小均匀且稳定性好 3.1.2 牢固性
Transittance / % Transittance / % 1168
Wave number / cm−1 图 3 TiO2 溶胶的红外光谱图 Fig.3 Infrared spectra of TiO2 sol
Wave number / cm−1 图 4 TiO2 凝胶 500 , 1hr 热处理后的红外光谱图
Fig.4 Infrared spectra of TiO2 gel (500°C, 1hr)
图 4 为 TiO2 溶胶经 500 保温 1hr 后的红外光谱图 355cm−1 及 461cm−1 为锐钛型 TiO2 的特征峰 1764cm−1 为 H-O-H 弯曲振动峰 与游离水(毛细孔水和表面吸附水)有关 2371 cm−1 为 CO2 的特征峰 它是溶胶在高温煅烧过程中 有机碳分解产生 CO2 CO2 吸附在粉末表面 由此可见溶胶中的有机碳 经 500 焙烧 1hr 后已分解完毕
3.3 溶胶和 TiO2 薄膜的物性分析 3.3.1 薄膜的 XRD 分析
图 2 为玻璃表面 TiO2 薄膜经 500 焙烧 1hr 后的 XRD 谱图 谱图的衍射峰表明 TiO2 薄膜 的晶型为锐钛矿型 该晶型在紫外光照射下有较高的光催化活性
3.3.2 溶胶和粉末的红外光谱
图 3 为 TiO2 溶胶的红外光谱图 3200~3450cm−1 区域宽而强的吸收峰是缔合 OH 基团伸缩振动和 缔合的-NH 伸缩振动共同作用产生的 2968cm−1 的峰为-CH3 反对称伸缩振动产生的 2362 cm−1 为 CO2 的特征峰 1652cm−1 的峰为 C=O 的伸缩振动峰 1524cm−1为-CH3 -CH2中 C-H 键的弯曲振动峰; 1456cm−1 的峰为-CH3 的反对称变形振动和-CH2 变形振动产生的 以上特征基团说明反应体系中乙醇为溶剂 NH(C2H5O)2 为缓冲剂 乙酰丙酮为螯合剂 1050cm−1 和 952cm−1 为 Ti-O-C 基团的特征振动峰 表明 原料 Ti(OC4H9)4 未完全水解 656cm−1 的振动峰是由[TiO6]八面配位体振动产生的 表明溶胶中 TiO2 以 TiO6 基团形式存在
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3.4 TiO2 薄膜的化学组成 由图 5 可知 结合能 Eb 在 458eV 处是 Ti 元素的 2P 光电子峰 O1s 和 C1s 的结合能分别为 531eV
和 284eV C 元素来自 X 射线光电子能谱仪本身的油分子污染 除了这三种元素外,还有少量的 Na 和 Si 元素, 它们是热处理过程中从玻璃基体扩散到薄膜中引起的, Na1s 和 Si2p 的结合能分别为 263eV 和 110eV 表 2 为 TiO2 薄膜表面及内层(刻蚀 300s)的化学组成 可看出 TiO2 薄膜表面 Na 元素含量 较高(>10%) 内层含量较低 说明在热处理过程中钠元素从基体向薄膜表面迁移 在表面形成富集
任成军 1 3, 钟本和 1, 刘 恒 2, 张允湘 1 (1. 四川大学化工学院 2. 四川大学材料学院 四川 成都 610065
3. 四川大学化学学院 四川 成都 610064)
摘 要 研究采用溶胶-凝胶技术以载玻片为基质制备了纳米 TiO2 薄膜 向溶胶中添加乙酰丙酮后改善了溶胶的稳
定性及薄膜的牢固性 用扫描探针显微镜(DFM) X 射线衍射(XRD) 红外光谱(IR)及 X 射线光电子能谱(XPS) 对薄
3. 将已焙烧的 TiO2 薄膜浸入 0.2mol⋅L−1 的稀硫酸中 5 天 取出用蒸馏水冲洗 红外线下干燥 10min 得到酸处理的 TiO2 薄膜 编号为 6# 2.4 原理
在制备过程中 钛酸丁酯发生水解和缩聚反应 其反应如下
水解反应 失水缩聚反应 共醇缩聚反应
Ti(OR)4 + XH-OH = Ti(OR)4-X(OH)X + XROH Ti-OH + HO-Ti = -Ti-O-Ti- + H2O Ti-OR + HO-Ti = -Ti-O-Ti- + ROH
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2004 年 2 月
度为 3.5mm⋅s−1 湿膜在红外线下照射 10min 重复以上步骤得到不同厚度的薄膜 然后置马福炉中 于 500 保温 1hr 随炉冷却至室温 即得到二氧化钛薄膜
2. 将已焙烧的 TiO2 薄膜浸入 20mmol⋅L−1 的锡盐溶液中 5 天 取出于红外线下干燥 10min 再置 入马福炉中于 500 保温 1hr 随炉冷却至室温 即得到掺 SnO2 二氧化钛薄膜 编号为 5#
第 18 卷第 1 期 2004 年 2 月
高校化学工程学报 Journal of Chemical Engineering of Chinese Universities
文章编号： 1003-9015(2004)01-0057-05
纳米二氧化钛薄膜光催化剂的合成及特性
No.1 Vol.18 Feb. 2004
2实 验
2.1 溶胶的制备 实验所用原料均采用分析纯试剂 准确量取 Ti(OC4H9)4 17mL 溶于 67mL 的无水乙醇中 加入