C、Fe掺杂TiO2/glass纳米管阵列膜的制备及其光催化特性研究

摘要

本论文首先简述了新型光催化剂及其光催化机理，并综述了通过掺杂、修饰及敏化等方法对TiO2光催化剂进行改性的最新进展和所面临的问题。然后，系统总结了笔者在攻读硕士学业期间以“C、Fe掺杂的TiO2/glass纳米管阵列膜的制备及其光催化特性研究”为题开展的研究工作，所述及的研究内容和成果主要有以下两个方面：
　　1、采用阳极氧化方法制备了TiO2纳米管阵列膜，并在不同温度的条件下对其进行碳掺杂处理，然后通过转移和烧结工序成功制备了透明的碳掺杂锐钛矿TiO2/glass纳米管阵列膜。用扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、X-射线光电子能谱仪、紫外可见分光光度计和光致发光光谱仪分别对样品的形貌、物相结构、组成以及光学特性进行了表征，并测试了其在太阳光下降解甲基橙的光催化性能。研究结果表明：碳掺杂后锐钛矿TiO2/glass纳米管阵列膜的光响应范围扩展到了可见区，光催化性能得到了很大的改善。随着退火温度的升高，样品的吸收边逐渐向长波方向移动，且光催化性能亦相应改善，当退火温度升高至550°C时，其光催化性能最好，其表面反应常数比未掺碳时提高3.6倍；更为重要的是所制备的样品在重复使用时光催化活性基本保持不变。
　　2、将Fe掺杂的TiO2-PEG2000溶胶旋涂在玻璃基底上，经过退火处理后得到Fe掺杂TiO2多孔透明薄膜。用场发射扫描电子显微镜、X-射线衍射仪、紫外可见分光光度计和光致发光光谱仪分别对样品的形貌、物相结构以及光学特性进行了表征。结果表明：制备的Fe掺杂TiO2多孔透明薄膜，表面微孔分布均匀，其光吸收边随着Fe掺杂浓度的增加发生了显著红移，当掺杂量为0.15M时红移量达到最大，约150nm，表明Fe掺杂可减小TiO2薄膜的光学带隙。此外，薄膜的光致发光特性结果显示，Fe掺杂浓度对TiO2薄膜光生电子-空穴对的复合几率亦有很大影响，当浓度过大或过小时复合几率都比较大，只有当Fe掺杂浓度为0.10M时，TiO2薄膜的光生载流子复合几率最低。可见，这是一个益于改善TiO2多孔薄膜光电转换性能的优化参数。

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第一章 序 言

1.1半导体光催化研究概况

1.2 TiO2纳米薄膜光催化材料

1.3纳米TiO2材料光催化性能的改善途径

1.4 TiO2纳米管（多孔）薄膜掺杂改性的研究进展

1.5 本课题的选题思路和主要研究工作

参考文献

第二章 透明基底上碳掺杂TiO2纳米管阵列膜的制备及光催化性能研究

2.1 实验部分

2.2 结果与讨论

2.3 本章小结

参考文献

第三章 Fe掺杂TiO2多孔透明薄膜的制备及光学性质研究

3.1实验部分

3.2 结果与讨论

本章小结

参考文献

第四章 总结和展望

附录：研究生期间发表和完成的研究论文及会议论文

致谢