复合型薄膜的逐层自组装制备方法及其特性

摘要

过去的十几年里,光催化材料的制备及应用一直备受新能源开发领域的关注。其中复合型薄膜的研究是新能源研究的一个重要分支,它主要应用于光电池、自清洁膜、防雾膜等方面的应用。最近大量新型半导体光催化材料不断地被制备合成,其中尤其是二维结构的纳米材料-薄片结构纳米材料渐渐引起了人们的关注,并将其应用于薄膜制备中。
　　本文通过逐层layer-by-layer(LBL)自组装方法,制备了复合型薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Au)n和(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Fe2O3)n材料,并对其性质进行研究。主要的研究内容如下:
　　第一章首先回顾了半导体材料及纳米半导体材料的背景知识及基本特性,包括其光学特性、光催化原理以及影响光催化原理的因素等。之后阐述了二氧化钛纳米材料的基本晶体结构、光催化原理以及为提高其光催化效率而对二氧化钛进行掺杂的方法。最后重点描述LBL自组装方法的基本原理及其类型。
　　第二章阐述利用LBL自组装方法制备复合型薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Au)n和(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Fe2O3)n材料所需的化学实验药品、仪器以及具体的实验步骤,及其实验原理。
　　第三章利用LBL自组装方法,将氮掺杂二氧化钛Ti0.91O2-xNx纳米薄片和络合金离子(AuCl4)-组装成薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/(AuCl4)-)n,之后利用光催化还原反应制备得到了复合型薄膜(PEI/Ti0.91O2-xN2/PEI/Au)n。通过对制备得到的复合型薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Au)n进行一系列的特性研究,例如紫外吸收光谱、表面形貌、X射线衍射等的研究,可以了解到复合型薄膜的一些特性。上述对复合型薄膜特性的研究都表明利用LBL自组装方法及光催化还原法制备复合薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Au)n的可行性。同时也显示了LBL自组装方法对薄膜厚度的控制具有较为明显的优势,并且复合薄膜中Au纳米颗粒的吸收光谱与Au纳米颗粒有所不同。之后讨论了光催化时间对复合型薄膜紫外吸收谱的影响。
　　第四章主要介绍了利用LBL自组装方法和离子交换作用将具有疏水表面的氧化铁纳米颗粒与亲水的氮掺杂二氧化钛组合起来制备复合型薄膜(PEI/Ti0.91O2-xNx/PEI/Fe2O3)n。首先讨论了利用Liquid-solid-solution(LSS)方法制备氧化钛纳米立方颗粒的原理以及实验操作顺序对氧化铁纳米立方颗粒形态的影响。随后通过对复合型薄膜的紫外吸收谱、表面形貌、薄膜结构等测试的研究都表明,LBL自组装方法在利用将具有疏水表面的纳米材料应用于薄膜制备的方面具有一定的优势和可行性。
　　最后一章对全文进行总结,得出其主要结论,并对未来研究重点进行展望。