TiO2/In2O3复合半导体异质结杀菌特性的研究

摘要

时代更迭，人类在科技方面的建树也越来越完善，但一些细菌和病毒等微生物对人类生命健康所造成的威胁却仍然没能得以消除，“寨卡”、“埃博拉”等等病毒的传播及其造成的伤害仍然令人类束手无策，科学家们从各个领域入手，试图研发多种类型的抗病菌产品。其中半导体材料光催化灭菌产品不仅能够有效杀灭细菌，还能够降解灭菌后的残留有毒物质，使其转化成无害的CO2、H2O和无机物，并且更是解决了菌种进化产生抗药性的问题。
　　而像ZnO、SnO2、TiO2等宽禁带半导体材料应用于光催化杀菌上的研究现在也存在着可见光利用率低和载流子复合速率过快等问题，严重影响了现实应用中光催化杀菌的效率。在本论文中，我们选择在光催化应用方面研究较为深入的TiO2，与相对TiO2禁带较窄、导电能力较强的In2O3相结合，形成异质结构双层膜进行灭菌实验。异质结内建场的形成能够使光照后产生的电子-空穴对有效分离，且In2O3的加入也拓展了TiO2材料的吸收光谱范围。同时还利用溶胶凝胶法制备了TiO2单层膜和TiO2-In2O3掺杂型复合薄膜，进行对比实验。本论文通过X射线衍射对TiO2薄膜、TiO2-In2O3掺杂型复合薄膜和TiO2/In2O3异质结双层膜的晶相结构进行了测试，并通过扫描电镜和原子力显微镜分析了三种膜的表面形貌，还利用紫外-可见吸收光谱分析了特定温度下三种膜的光吸收性质。
　　最终选取了热处理温度分别为400℃、450℃、500℃、550℃的TiO2单层膜、TiO2-In2O3复合薄膜和TiO2/In2O3异质结双层膜，在相同实验条件下进行了多组灭菌性能测试。从测试结果得出随着烧结温度的增高，三种膜的灭菌效果都随之提升，且TiO2/In2O3异质结双层膜相对于TiO2单层膜和TiO2-In2O3复合薄膜表现出更好的灭菌效果，速度更快，且灭菌更加彻底。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 半导体光催化概论

1．1．1 光催化的概念和发展

1．1．2 光催化的基本原理

1．2 宽禁带半导体光催化杀菌

1．2．1 杀菌机理

1．2．2 光催化技术在杀菌领域的发展

1．3 论文主要研究内容

第2章 光催化剂的改性与异质结

2．1 TiO2光催化剂的改性

2．1．1 晶型的控制

2．1．2 晶粒大小的控制

2．1．3 金属离子掺杂

2．1．4 非金属离子掺杂

2．1．5 贵金属沉积

2．1．6 复合半导体

2．1．7 其他方法

2．2 异质结原理简介

2．2．1 In2O3半导体材料

2．2．2 光催化反应中TiO2／In2O3异质结构的分析

2．3 本章小结

第3章 光催化薄膜制备与表征

3．1 TiO2薄膜制备与表征

3．1．1 TiO2薄膜的制备

3．1．2 TiO2薄膜的表征

3．2 TiO2-In2O3复合薄膜制备与表征

3．2．1 TiO2-In2O3薄膜的制备

3．2．2 TiO2-In2O3薄膜的表征

3．3 TiO2／In2O3异质结薄膜制备与表征

3．3．1 TiO2／In2O3异质结薄膜的制备

3．3．2 TiO2／In2O3异质结薄膜的表征

3．4 本章小结

第4章 薄膜抗菌性能测试

4．1 灭菌实验

4．1．1 菌种与培养基

4．1．2 主要材料与仪器

4．1．3 抗菌性能测试方法

4．2 不同薄膜定性抗菌测试

4．2．1 单层TiO2薄膜抗菌测试

4．2．2 TiO2-In2O3薄膜抗菌测试

4．2．3 TiO2／In2O3薄膜抗菌测试

4．3 本章小结

结论

参考文献

致谢

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