TiO薄膜及其多孔薄膜的溶胶-凝胶法制备与表征

摘要

TiO2自从发现了其光催化作用后，就以其良好而稳定的光催化性能作为光催化剂活跃于光催化领域。TiO2光催化技术受到世界各国环境能源研究者的强烈关注，TiO2本身又具有良好的化学稳定性、抗磨损性、耐光蚀、低成本和无毒等特性，因而广泛应用于光解水、杀菌、制备染料敏化太阳能电池等方面。但是，TiO2作为光催化剂实现产业化仍存在一些问题，特别是TiO2光催化剂的光催化效率有待于提高。 本文以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]、盐酸和去离子水为原料，采用溶胶-凝胶法和旋转涂膜工艺，在玻璃衬底上制备了透明的TiO2薄膜。且使用聚乙二醇(PEG)1000高分子材料作为成孔剂，并通过改变成孔剂的添加量，制备了具有不同孔径的TiO2多孔薄膜。且利用X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见光谱仪(UV/vis)，对二氧化钛薄膜及其多孔膜进行了表征。 经实验论证，薄膜的最佳工艺参数为：Ti(OC4H9)4-HCL-H2O-EtOH的体积比为3:1:10:8。木实验成功制备了具有光催化性能的TiO2薄膜，罗丹明B溶液被光催化300min和600min后的分解率分别为12.71％和21.49％。而25ml钛溶液中PEG添加量为0.75g的TiO2多孔薄膜的催化性能更高，在300min内，加入0.75g PEG的多孔TiO2薄膜对罗丹明B的脱色率达到45.47％，而二氧化钛薄膜光催化罗月明B溶液的脱色率仅为12.71％，这是因为适度的孔径尺寸或比表面积会导致最佳的吸收，提高了薄膜的光催化活性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1前言

1.2 TiO2的性质

1.2.1 TiO2的晶体结构

1.2.2TiO2的物理化学性质

1.3光催化原理

1.3.1 TiO2的能带结构

1.3.2 TiO2的光催化原理

1.4提高TiO2光催化活性的方法

1.5 TiO2的应用

1.5.1处理废水

1.5.2空气净化

1.5.3抗菌

1.5.4防雾自洁

1.6 TiO2多孔薄膜的应用

1.7研究的意义

1.8本论文的研究内容

第二章 实验与表征方法

2.1 TiO2薄膜的制备方法

2.1.1液相沉积法

2.1.2化学气相沉积法

2.1.3热分解法

2.1.4磁控溅射法

2.1.5自组装法

2.1.6电沉积法

2.1.7非水解溶胶-凝胶法

2.1.8溶胶-凝胶(Sol-Gel)法

2.2 TiO2多孔薄膜的制备

2.2.1用纳米TiO2粉末制备纳米TiO2多孔薄膜

2.2.2水热法制备纳米多孔TiO2薄膜

2.2.3利用溶胶-凝胶法制备纳米多孔TiO2膜

2.3实验体系的选择

2.3.1醇盐的选择

2.3.2溶剂的选择

2.3.3催化剂的选择

2.4实验原料及设备

2.4.1实验原料

2.4.2实验设备

2.5实验工艺参数的确定

2.5.1加水量

2.5.2盐酸用量

2.5.3无水乙醇用量

2.5.4水解温度

2.6实验

2.6.1基体的选择与处理

2.6.2 TiO2薄膜的制备

2.6.3 TiO2多孔薄膜的制备

2.7表征方法

2.7.1 X-射线粉末衍射相分析

2.7.2红外光检测

2.7.3紫外可见光谱分析

2.7.4原子力显微镜分析

2.7.5光催化实验

第三章 二氧化钛薄膜的表征

3.1前言

3.2 X射线衍射分析

3.2.1 TiO2薄膜的XRD分析

3.2.2 TiO2粉末的XRD分析

3.3粉末的红外图谱分析

3.4薄膜表面形貌

3.5 TiO2薄膜的紫外可见光谱分析

3.5.1 TiO2薄膜的紫外可见光谱

3.5.2 TiO2薄膜的紫外可见光谱分析

3.6光催化性能测试分析

3.6.1薄膜的催化性

3.6.2溶胶的催化性

第四章 二氧化钛多孔薄膜的表征

4.1前言

4.2 XRD测试结果分析

4.3多孔薄膜的形貌表征

4.4 UV-Vis光谱测试

4.4.1透射谱

4.4.2吸收谱

4.5催化性

4.5.1 TiO2多孔薄膜催化性的比较

4.5.2 TiO2薄膜及其多孔薄膜催化性的比较

第五章 结论

参考文献：

攻读硕士期间发表和完成的论文

致谢