掺杂改性氧化钛光催化薄膜的研究
不同掺杂二氧化钛的电子和晶体结构与光催化性能的关系
不同掺杂二氧化钛的电子和晶体结构与光催化性能的关系1龙明策a，柴歆烨a，周保学a，蔡伟民*a，刘光增b（a 上海交通大学环境科学与工程学院，上海，200240b 山东大学化学系，山东，济南，250100）E-mail：wmcai@, long_mc@摘 要：对未掺杂、氮掺杂、碘掺杂和铂掺杂的锐钛矿TiO2进行了第一性原理计算。
结果表明，三种掺杂TiO2带隙中都产生新的能带。
这些新出现的能带是掺杂TiO2响应可见光的原因。
而且铂掺杂TiO2的带隙缩小，响应波长更宽。
铂掺杂和碘TiO2的能带位置明显下移，表明其具有更强的氧化性。
偏态密度分析表明掺杂元素提供的轨道参与了价带和导带的构成。
通过对晶体结构的分析和TiO6八面体偶极矩的计算，发现I掺杂后晶体结构明显畸变，其次是铂掺杂，氮掺杂几乎无畸变。
而这种变形能促进载流子的迁移，提高光催化活性。
计算结果很好地解释了未掺杂和掺杂TiO2在可见光照射下的光催化活性差异。
关键词：第一性原理 可见光 掺杂 光催化 电子结构1. 引言在光催化研究中，由于TiO2具有众多的优越性，如稳定、高效、价廉、无毒等[1]，因此大部分光催化研究集中在TiO2上。
然而由于TiO2的禁带宽度约为3.2eV（锐钛矿），光催化活性仅限于紫外光范围。
然而自然光中的主要部分是可见光，所以研究者们在掺杂改性TiO2上进行了大量的努力，以使其吸收波长范围拓展到可见光区。
近来非金属掺杂TiO2的研究已经成为关注的热点[2-7]。
Asahi 等通过基于第一性原理的理论计算以及实验证明了通过N掺杂，TiO2可以缩小带隙，在可见光下表现出更强的光催化活性[2]。
Valentine等比较了N掺杂的锐钛矿和金红石TiO2 的电子结构，并且阐释了试验观察到的氮掺杂锐钛矿和金红石TiO2 的光催化活性差异[3]。
其他的非金属原子，如C[4]、S[5]等也可以作为阴离子被掺杂进TiO2 晶胞，这种掺杂被认为是取代了TiO2 晶体结构中的O原子。
二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究
二氧化钛薄膜的制备及其光催化性能研究张新宝;张健;张超;樊震坤;王磊【摘要】二氧化钛(TiO2)是一种宽禁带的半导体材料,作为一种光催化剂,可以起到节约能量且保护环境资源的作用.在光照条件下,价带中的电子通过吸收光子而跃迁到导带,从而产生空穴电子对,电子可以减少空气中的氧气,空穴完全氧化并将被吸附的物质分解成小的无机分子.本文研究了二氧化钛光催化材料的发展,并分析讨论了二氧化钛薄膜光催化原理以及制备工艺.【期刊名称】《山东陶瓷》【年(卷),期】2019(042)003【总页数】4页(P9-12)【关键词】二氧化钛;光催化;溶胶-凝胶法【作者】张新宝;张健;张超;樊震坤;王磊【作者单位】山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086;山东硅元新型材料股份有限公司,淄博255086【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75前言随着人类生活环境的恶化，环境污染成为一个亟待解决的问题。
为了严控污染，人们采取了各种方法和手段。
生活环境中主要存在大气污染、水体污染、土壤污染等问题，它们中所产生的有机污染物的危害最为严重，目前主要采用传统生物降解和物理吸收等方法进行处理，但存在净化效率低、资金消耗多等问题。
因此，研究更有效的污染控制技术和方法已成为该领域的一个关键问题。
经过深入研究发现，采用TiO2光催化材料处理废水中的有机污染物具有快速、高效、不污染环境等优点。
TiO2光催化材料不仅可以降解空气和废水中的有机污染物，还具有杀菌，除臭等功能，已成为现阶段广泛使用和有效的新技术［1］。
它不仅可以使用太阳能等可再生能源，还能够对生物进行降解，进而保护环境。
它不仅使我们的生活环境得到了改善，而且这类光催化材料可以长期、循环使用，因此，TiO2光催化材料已经成为近年来的研究热点［2］。
改性纳米二氧化钛光催化降解聚乙烯薄膜的研究
米 科技有 限公 司 ； 膜 级 Ｌ Ｐ 农 Ｄ Ｅ树 脂 ，美 国 Ｗｅｔ ｋ ｓｌ ｅ ａ 公 司 ； 脂 酸 钠 Ｃ 中 国 远 航 试 剂 厂 ， 海 ； 氢 萘 硬 Ｐ， 上 四 Ｃ 中 国医药 集 团上 海化 学试 剂公 司 。 Ｐ，
２ ２ 硬脂 酸 钠改 性纳 米 Ｔｉ ． Ｏ
３ 上海 交通 大 学 化工 学 院 ， ． 上海 ２ ０ ４ ； ． ０ ２ ０ ４ 上海 大 学 纳米 研究 中心 ， 上海 ２ Ｏ ４ ） Ｏ ４ ４
摘 要 ： 以硬 脂 酸 钠 改 性 的 纳 米 Ｔｉ ２为 光 催 化 剂 ， ０
与ＬＰ Ｄ Ｅ树 脂 制备 了 ｎ ｎ — Ｏ ／ Ｅ复 合 薄膜 。研 究 ａ ｏＴｉ ２ Ｐ 了该 薄膜在 紫 外光 照 射 条 件 下 的 降 解 性 能 ， 进 行 了 并 Ｓ Ｍ 、 ｌ Ｒ、 Ｅ Ｆ — ＶＨＸ ｉ ０数码 显 微 镜 等 分 析 ， 试 了 薄 Ｉ —０ 测
提 高 ， 膜 在 ４ Ｗ 、５ｎ 的 紫 外 光 照 射 １０ 薄 Ｏ ２４ ｍ ２ ｈ后 ， 粘
均 分子量 （ ） Ｍ 降低 ２ ． ， 伸 强度 降低 ４ ． 射 １ ４ １３ 照 ４ ｈ后 质 量 损 失达 １ ％ ６ （ 量分数 ） 辐 照后 薄膜 的羰 基含 量升 高 。 质 ；
涤、 干燥后 待 用 。经 测试 ， 法制 备 的催 化 剂 活化 度 为 该
１０ ， ０ 记作 ｎ ｎ — Ｏ２ ａ ｏＴｉ 。 ２ ３ ｎ ｎ － ０ ／ Ｅ复合薄 膜 的制 备 ． ａ ｏＴｉ ２ Ｐ
１ 引 言
聚 乙烯 是 目前 世 界 上 产 量 最 大 的 一 种 塑 料 制 品 ，
２ ４ 紫 外光 催化 降 解 实验 ．
广 泛 的应 用 于农 业 薄膜 、 装 材 料 等 一 次性 制 品 中 。 包 聚 乙烯塑料 废弃 后 一 般 很 难 回收 ， 聚 乙烯 分 子 对 称 且 稳定 ， 自然界 中难 以降 解 ， 断的 积 累给 生态 环 境 造 在 不 成 了 巨大的危 害 。 目前 ， 降解 技 术 、 物 降解 技 术 、 光 生 光／ 生物 双降解 技 术 等 在 一 定 程 度上 对 深 入 研 究 和 开 发 降解 塑料 产 生 了积 极 的 推 动 作 用 。但 必 须 指 出 ， 这 些 技术 并不 能完 全 解 决 降 解 问题 ， 得 的可 降 解 塑 料 制 普 遍存 在着 不能 完全 降解 、 品质 差 、 有不 同程 度 的二 具
二氧化钛的电催化性能研究进展
氮掺杂二氧化钛的电催化性能研究进展摘要二氧化钛作为近年来热门的光催化材料，得到大家广泛的关注与研究，而氮掺杂二氧化钛具有令人瞩目的优势也逐渐成为人们研究的热点。
本文综述了氮掺杂二氧化钛光催化剂的制备方法，并对其多种光催化剂机理进行简述，最后阐述了氮掺杂二氧化钛催化材料在环境污染等方面的应用及其研究进展，并对氮掺杂二氧化钛材料的发展前景提出展望。
关键字氮掺杂二氧化钛电催化催化活性一、前言在推进可持续化建设的当今社会，环境污染、食品医疗安全卫生问题等越来越受到公众的重视和关心。
环境污染问题一直是非常棘手的世界性难题，受到大家的关注，现在好多地方及领域仍然采取填埋、焚烧等方式进行垃圾处理，这样不仅无法解决有害有毒物质的污染问题甚至会对环境造成二次污染，如垃圾中的有毒物质渗透到土壤中导致土地、地下水源等被污染，而焚烧的垃圾也会释放大量有毒气体污染空气，因此寻找一种垃圾处理的有效方式亟待解决。
由日本东京大学教授Fujishima和Hon da⑴于1972年发现的二氧化钛的光催化特点，使得二氧化钛在改善环境污染以及垃圾处理等方面的用处初显于世并带来极其广泛的应用前景。
二氧化钛（TiO2）具有成本低廉、化学稳定性好、比表面积大、光催化效率高和不产生二次污染等优异特点，因此是一种应用广泛且极具潜力的光催化材料[1-3]，并且广泛应用于空气净化、抗菌杀菌、太阳能敏化电池以及光催化处理环境污染物等众多领域[4]。
但是，TiO2 目前在实际应用中仍存在很多困难，阻碍其应用的一个重要因素就是激发光波长问题。
由于TiO2 半导体禁带宽度较宽为 3.2 eV，其对应的波长为387 nm，属于紫外光区，而紫外光只占到达地球表面太阳光的6%-7%，在太阳光谱中占绝大多数的可见光部分（能量约占45％）未得到有效利用⑹。
在1986年Sato等⑺就发现氮的引入可使TiO2具有可见光活性，但是十几年来一直没有引起人们的重视，直到2001年Asahi[8]在Science上报道了氮替代少量的晶格氧可以使TiO2 的带隙变窄，在不降低紫外光下活性的同时，使Ti02具有可见光活性，才掀起了非金属元素掺杂Ti02的热潮，而其中，N掺杂型TiO2具有令人瞩目的优势，目前已经成为世界性研究热点N掺杂TiO2的主要制备方法现如今N掺杂TiO2的技术已得到极大的发展，因此制备方法也多种多样，比如用来制备N掺杂TiO2粉体的气氛下灼烧法、水解沉淀法、溶胶-凝胶法、机械化学法等，以及用来制备N掺杂TiO2薄膜的磁控溅射法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法等。
铜掺杂改性二氧化钛光催化剂的制备与性能研究
４６ ２０１８年第１３期（遐第５３６期）
资源环境 ．ＩＩ
ＺｉｙｕａｎＨｕａｎｊｉｎｇ Ｖ
式 中，１１为三氟羧 草醚的降解效率 ；Ａ。为光催化反应前溶 液 大晶粒会导致催化活性表面下降 ，催化效率降低 。因此 ，采用
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图 １ 固体光催化 剂制备 流程 １．３光 催 化 降 解 效 率测 定
配制 １０ ｍｇ几三氟羧草醚作 为模拟废水 ，测 定光催化前 后三氟羧草醚吸光度值的变化 ，计算其降解效 率［３１。
１１＝（Ａｏ－Ａ）／Ａ０×１００％
收 稿 日期 ：２０１７—１２—０５ 作者简 介：张新海（１９７７一），男，河南延津人 ，副教授 ，主要从 事化 学工程技术研究。 基金项 目：２０１６年度河南省 高等 学校青年骨干教师培养计划项 目（２０１６ＧＧＪＳ一２５３）。
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图 ５ 催化荆用量对 降Ｊ芹效率的影响 从图 ５中可以看 出：三氟羧草醚降解效率随催化剂用量的
增加而逐渐增大 ，当催化剂用量为 １．０● 口
●
焙烧时旧 ‘ｈ）
图 ３ 焙烧 时阊对催化效率的影响 从 图 ３可以看出 ：焙烧时间达到 ３．５ ｈ后 ，催化 效率最
图 ２ 焙烧 温度对催化效率的影响 从 图 ２可 以看 出 ：随着 温度 的升 高 ，光催 化效 率 在
４００￣６：时达最大值 ，随后 开始下 降。这是因为温度较低 时 ，催 化剂 的晶型结构 为催 化活 性较低 的无 定型结 构 ，温度较 高
二氧化硅改性二氧化钛光催化活性研究进展
二氧化硅改性二氧化钛光催化活性研究进展*肖逸帆,柳 松(华南理工大学化学科学学院,广东广州510640)摘 要:二氧化钛是有代表性的一种n型半导体氧化物,其具有稳定性好、光催化效率高和不产生二次污染等特点,在很多方面有着广阔的应用前景。
二氧化硅改性后的二氧化钛具有粒径小、比表面积大、吸附能力强、提高光催化效果等特点。
介绍了二氧化硅改性二氧化钛的机理、制备方法以及其光催化效果。
根据二氧化钛和二氧化硅的结合方式,分别从复合半导体、二氧化硅作负载、二氧化钛表面包覆二氧化硅等几方面进行总结。
关键词:二氧化钛;二氧化硅;负载;表面包覆;光催化中图分类号:TQ134.11 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2007)09-0005-04Research progress on phot ocatalytic activity of silica-m odified tit anic ox i d eX iao Y ifan,L iu Song(Che m istry science instit u te,Sou t h China University of T echno l ogy,Guangzhou510640,Chi na)A bstrac t:T itanic ox i de i s a representati ve n-t ype sem iconductor ox i de.It has w i de appli cation prospec t i n many as pects,because o f its good stab ility,h i gh photocata l y ti c e ffi c iency and free-fro m secondary po ll uti on etc.T he titan ic ox i de i s characterized by s m a ll partic l e s i ze,l a rge spec ific surface,strong absorption ability and better i m proved photo ca talytic effect e tc.a fter it i s m od ifi ed by sili ca.T he m echan is m of silica m od ify i ng ti tan i c ox ide,the preparati on m ethods and photocatalytic e ffect w ere i n troduced.M eanwh ile,based on the co m bini ng m odes o f ti tan i c ox ide and s ilica,t he pape r su mm ar ized from sev e ra l aspects,such as co m po site se m i conducto r,silica be i ng as the suppo rter and titan ic ox i de s ur face coated w ith silica e tc.. K ey word s:titan i c ox i de;sili ca;support;surface coati ng;photocata lysis1 Si O2改性T i O2的光催化机理T i O2与S i O2之间有物理作用和化学作用,即范德华力和化学键(形成了T i O S i)。
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。
Ce 3+掺杂TiO2光催化性能研究
第３ 卷 第４ ７ 期 ２０ ０ ８年 ４月
化
工
技 术
与
开
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发
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ ４ １３ ．
Ａｐ ． ０ ８ ｒ２ ０
Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ＆ Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｍ ｉ ｌＩ ｄ ｓｒ ｃ ｎ ｌｇ ｖ ｌｐ ｎ ｆＣ ｅ ｃ ｎ ｕ ｔｙ ａ
质稳 定 、 格低 廉 、 毒 、 有 效 去 除 水体 中污 染 物 价 无 能
等特 性 ， 印染 废 水 治 理 方 面显 示 出 巨大 潜 力 。但 在
是由于 Ｔ 带隙较 宽 ， 光生 电子一 空穴对 的复合几 率高 ， 使其活性还不能满足实 际需要。在提高光催
化效率， 扩展对太阳光利用的波长范 围方面 ， 掺杂改 性被认 为是 一种 有效 的途径 。但就 目前 掺杂 离子 对 纳米 Ｔ 光催化活性的影响 ， ｉ 利用过渡金属掺杂 的 研究较多， 而利用稀 土元 素掺杂对 光催化性能影响 的报道 却 很 少 。本 文 采 用 溶 胶一 胶 法 制 备 了 掺 杂 凝 稀土元素铈 的 Ｔ 光催化剂 ， ｉ 以亚甲基蓝为模型反
活性 随 着 铈 含 量 的 增 加 而增 加 ， 当铈 掺杂 量 在 ３７ ．％以上 ， 光催化活性随着铈含量的增加而减少 。
作者 简介： 马建华 （９８）女 ， １６．， 副教授 ， 硕士 ， 从事无机材料合成与分析工作
收稿 日期 ：０ ７１ ．３ ２ ｏ —Ｏ２
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Ｗ 的汞灯 为 光 源 ， 照 ２ｈ后 ， 光 用紫 外可 见分光 光度
， 譬 Ｑ圈 圉
１ 实验部分
１１ 试 剂 与仪器 ．
一 对亚甲基蓝光催化降解反应的影响。 旧
影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径
影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径自从1972年Fujishima和Honda发现在光电池中TiO2单晶光分解水后，TiO2的光催化性能成为人们的研究热点，TiO2由于具有强氧化性、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒性等优点成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。
但由于粉末型TiO2光催化剂存在分离困难、易团聚和不易回收等缺点，所以常常将TiO2光催化剂制成薄膜。
制备TiO2薄膜的方法主要有：化学气相沉积法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法[4、5]和液相沉积法等，其中，以溶胶-凝胶法较常见。
本文对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的影响因素及改性等方面进行介绍，并对近年来采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜在光催化领域中的应用等进行综述和展望，期望对TiO2光催化材料的研究与开发起到一定的帮助。
2 溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的工艺及优缺点溶胶-凝胶法一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶；然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的载体表面；最后经干燥煅烧，在载体表面形成一层薄膜。
溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜包括以下步骤：（1）金属盐水解；（2）胶溶；（3）陈化；（4）浸涂；（5）干燥；（6）煅烧。
Sol-Gel 法制备负载型TiO2具有以下优点：1）高度均匀性，对多组分其均匀度可达分子或原子级；2）可降低烧结温度；3）化学计量比较准确，易于掺杂改性；4）工艺简单，易推广。
但是溶胶-凝胶法多采用钛的醇盐为原料，成本较高，而且通过钛酸丁酯的水解和缩聚而形成溶胶的过程中涉及大量的水和有机物，所制备的TiO2薄膜在干燥过程中容易引起龟裂，这都需要进一步研究和改进。
3 影响溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的因素溶胶-凝胶法制膜的关键在于溶胶的配制，为了使衬底上的溶胶膜能迅速水解而得到具有一定厚度的透明薄膜，溶胶的配制应使成膜物质、溶剂、有机交联剂和催化剂之间的比例达到最佳，这样才能制备出高质量的薄膜。
g—C3N4-TiO2光催化研究进展
g—C3N4-TiO2光催化研究进展环境污染和能源短缺已经给人类的健康和生命带来了巨大的危害，因此，它们已经成为全社会面临的两个全球性问题。
光催化作为解决环境和能源问题的有效途径，已经成为时代的需要，引起了研究者的广泛关注。
在众多半导体光催化剂中，TiO2已经成为环境净化的标杆，用于多种有机物、病毒、细菌、真菌、藻类和癌细胞研究领域，可以将有机污染物完全降解并矿化成CO2、H2O和无害无机物。
但是，TiO2的禁带宽度仅为3.2ev，对地球太阳光的吸收利用率仅占5%，所以，研究者们提出了许多改性方法。
1TiO2改性研究进展在已经研究的各种光催化剂中，TiO2被认为是最有潜力的一种，因为它具有成本低、无毒、性能稳定的优点。
在实际应用中，二氧化钛因其较强的光催化性能、化学和生物惰性、高光化学稳定性被广泛应用于有机化合物的分解中。
然而，传统TiO2在催化效果上存在缺陷，主要是由以下两个方面引起的。
一方面，约3.2 eV的带隙使其只能吸收紫外线区域的光，对可见光的吸收几乎为零，从而没有有效利用地球太阳光资源；另一方面，光生电子和空穴的复合现象严重，极大地限制了TiO2的催化性能[1-3]。
目前，已经报道了各种提高TiO2催化活性的改性方法，如非金属氧化物负载、半导体材料表面吸附可发生敏化的染料，或带有磁性的Fe离子混摻等，都很有效的激发了光催化活性。
G.Scarduelli等采用射频磁控法制备了TiO2、N掺杂TiO2、V（钒）掺杂TiO2和V-N共掺杂TiO2薄膜。
研究表明，N掺杂、V掺杂和V-N共掺杂分别使TiO2的带隙降低到3.0eV、2.8eV和2.5eV。
通过对亚甲基蓝、氯酚和硝基苯酚降解观察到，与单掺杂和未掺杂TiO2相比，因可见光吸收光谱拓宽和降低光生电荷复合等因素，V-N共掺杂TiO2具有最高的光催化活性。
Mehrzad Feilizadeh等采用溶胶-凝胶法成功地合成了镧系/聚乙二醇修饰的TiO2（La/Peg/TiO2）。
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武汉理工大学硕士学位论文掺杂改性氧化钛光催化薄膜的研究姓名：田越申请学位级别：硕士专业：材料学指导教师：徐晓虹20080401武汉理工大学硕士学位论文摘要本研究采用溶胶．凝胶法，以钛酸四丁酯为前驱体，无水乙醇为溶剂，冰醋酸为水解抑制剂，制备了稳定的Ｔｉ０２溶胶，并研究了各工艺参数如去离子水加入量、冰醋酸加入量、溶胶ｐＨ值和热处理制度等对该溶胶的影响。经过浸渍一提拉法在玻璃载体上制备了均匀透明的Ｚｉ０２薄膜。考察了薄膜热处理温度、反应溶液的初始浓度和ｐＨ值等影响薄膜光催化活性的因素。同时，采用现代分析测试技术ＴＧ．ＤＴＡ、ＸＲＤ、ＴＥＭ、场发射ＳＥＭ及紫外可见吸收光谱等现代分析测试技术对Ｔｉ０２薄膜进行了表征，研究了Ｔｉ０２薄膜在热处理过程中的粒径、晶相变化；并以亚甲基蓝溶液为目标降解物研究了Ｔｉ０２薄膜在紫外光作用下的光吸收和光催化性能。为进一步提高Ｔｉ０２薄膜光催化活性，本论文首次采用稀土元素复合Ｅｒ－Ｃｅ、稀土和过渡金属离子复合Ｌａ－Ｆｅ两种体系对Ｔｉ０２薄膜进行共掺杂改性。考察了各金属离子对Ｔｉ０２薄膜的晶型结构、晶粒尺寸的影响。通过紫外可见吸收光谱，考察了共掺杂Ｔｉ０２薄膜对可见光的吸收能力。在紫外灯照射下对亚甲基蓝溶液进行光催化降解，考察了共掺杂体系的光催化活性，确定了最佳的共掺杂比例，并初步探讨了共掺杂提高Ｔｉ０２薄膜光催化活性的机理。研究表明，共掺杂制备的Ｔｉ０２薄膜最佳热处理温度为５５０℃，结晶完整、主晶相为锐钛矿型，平均粒径约为２０ｒｉｍ；掺杂可使Ｔｉ０２吸收带发生红移，红移程度随着掺杂浓度的提高而增大；共掺杂体系的最佳量为Ｅｒ－Ｃｅ和Ｌａ．Ｆｅ为：ｎ（Ｅｒ）：ｎ（Ｔｉ０２）＝０．１％，ｎ（Ｃｅ）：（Ｔｉ０２）＝Ｏ．０５％和ｎ（Ｌａ）：（Ｔｉ０２）＿ｏ．０５％，ｎ（Ｆｅ）：ｎ（Ｔｉ０２）＝０．５％时，分别向可见光区移动了５０ｎｍ和３５ｎｍ左右，共掺杂元素间起到了良好的协同作用，促进了光催化活
性的提高。Ｅｒ－Ｃｅ复合掺杂的Ｔｉ０２薄膜对亚甲基蓝有良好的降解效果，反应２ｈ降解率达到８３．７５％，优于同等条件下制备的Ｌａ．Ｆｅ共掺杂薄膜和纯Ｔｉ０２薄膜。降解动力学研究表明，各不同掺杂量的薄膜对亚甲基蓝的降解遵循一级动力学方程。光催化活性机理探讨表明，Ｅｒ－Ｃｅ复合掺杂在Ｔｉ０２的带隙能级之间形成了新的杂质能级，使其电子跃迁所需的激发能量变小，导致禁带宽度变小，使面０２薄膜的吸收光红移，提高了对光源的利用率，从而提高其光催化活性；Ｌａ－Ｆｅ复合掺杂在Ｔｉ０２晶格内部引入缺陷位，成为电子和空穴的势阱，可减少电子．空穴复合，延长・ＯＨ自由基的寿命，从而有效地提高光催化效率。
关键词：Ｔｉ０２薄膜，Ｅｒ－Ｃｅ复合掺杂，Ｌａ－Ｆｅ复合掺杂，溶胶．凝胶法，光催化活性及机理，亚甲基蓝，降解率武汉理工大学硕士学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＮａｎｏ—Ｔｉ０２ｔｈｉｎｆｉｌｍｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｒｅｅｎｍａｔｅｒｉａｌ晰ｔＩｌｂｒｏａｄｂａｎｄｇａｐ，ｗｈｉｃｈ
ｈａｓｔｈｅ
ｓ仃ｏｎｇａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｈｉｇｈｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，Ｃａｎｃａｔａｌｙｚｅａ
ｖａｒｉｅｔｙｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ，ｎｏｎｔｏｘｉｃ，ａｎｄｃｏｕｌｄｒｅｄｕｃｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．Ｎａｎｏ—ｔｉｔａｎｉｕｍｔｈｉｎｆｕｎｉｓａｔｔｒａｃｔｉｎｇｔｈｅｐｅｏｐｌｅ’Ｓｇｒｏｗｉｎｇ
ｃｏｎｃｅｍｉｎｗａｓｔｅｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ，ａｉｒ
ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｉｔｗｉｌｌｈａｖｅｐｏｔｅｎｔｉａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｉｎｍａｎｙｏｔｈｅｒｆｉｅｌｄｓ．
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Ⅱ武汉理工大学硕士学位论文ａｖｅｒａｇｅｓｉｚｅｏｆ２０ｎｎｌ．ＴｈｅＣＯ・ｄｏｐｉｎｇｃａｕｓｅｄｒｅｄ・ｓｈｉｆｔｏｆｔｈｅＵＶ－Ｖｉｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ
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Ｃａｎｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃａｒｅａｏｆｔｈｅｆｉｌｍｓ，ａｃｔｉｖｅｓｉｔｅｓａｎｄ・ＯＨ，ＳＯｔｈｅ
ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ
ａｃｔｉｖｉｔｉｅｓｏｆｔｈｅＴｉ０２ｆｉｌｍｓＣａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｚｉ０２ｔｈｉｎｆｉｌｍ，Ｅｒ－ＣｅＣＯ－ｄｏｐｅｄ，Ｌａ－ＦｅＣＯ－ｄｏｐｅｄ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆ
ｓｏｌ－ｇｅｌ，
ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃａｃｔｉｖｉｔｙ，ｍｅｔｈｙｌｂｌｕｅ，ｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅ
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