TiO/ZnO纳米复合薄膜的制备及光催化性能研究

摘要

本文采用溶胶-凝胶法在普通载玻片表面成功制备了TiO2、ZnO及TiO2/ZnO纳米复合薄膜，得出了制备透明、均匀、稳定的溶胶及透明、均匀、纳米级薄膜的理想工艺参数。并对薄膜的结构及性能等进行了详细的研究，得出主要结论如下: (1)光学显微镜和扫描电镜研究发现，TiO2、Zn0及TiO2/Zn0薄膜致密均匀，是由粒径小于5Onm的纳米粒子组成。能谱分析表明钛元素和锌元素在复合薄膜中均匀分布。并且复合薄膜的微观结构主要取决于薄膜中钛和锌的相对百分含量。当钛含量较高时(100％和75％)，薄膜表面出现大量微裂纹；随着钛含量的减少(50％、25％和0％)，微裂纹逐步减少直至消失，取而代之的是一定量亚微米级大颗粒的出现。 (2)对复合薄膜结晶程度的XRD研究表明，薄膜的晶化程度强烈依赖于复合体中钛和锌的相对百分含量。随着钛百分含量的逐步减少，TiO2/ZnO复合体由晶化良好的锐钛矿相逐步趋向于玻璃态；随着钛含量的进一步减少，复合薄膜又逐渐结晶良好，为典型的纤维锌矿氧化锌。 (3)不同方式制备的Ti/(Ti+Zn)的比例为50％的复合薄膜的SEM及XRD分析表明，用直接混合法制备的复合薄膜的表面均匀度、结晶性能和光催化性能均优于原位混合法制备的薄膜。 (4)由制备的Ti02/Zn0纳米复合薄膜作为来降解甲基橙溶液的研究表明，单一的氧化钛纳米薄膜的光催化降解能力最好，氧化锌薄膜的降解能力最差，复合薄膜的降解能力位于两者之间，成线性关系，但是Ti/(Ti+Zn)的比例为75％的复合薄膜除外。 (5)延长对Ti/(Ti+Zn)的比例为75％的复合薄膜的高温热处理时间时，其结晶度及催化能力也相应的提高。

目录

英文文摘

声明

第一章 前 言

1.1半导体光催化剂

1.1.1常见半导体光催化剂

1.1.2TiO2半导体光催剂的发展

1.2 TiO2光催化剂的结构特征及光催化原理

1.2.1 TiO2的晶体结构特征

1.2.2 TiO2光催化原理

1.3 TiO2薄膜的制备方法

1.3.1溶胶-凝胶法

1.3.2磁控溅射法

1.3.3化学气相沉积法等

1.3.4水解-沉淀法

1.3.5电子束沉积法

1.3.6离子镀

1.4影响TiO2光催化效率的因素

1.4.1TiO2晶型的影响

1.4.2颗粒粒径的影响

1.4.3光源的影响

1.4.4催化剂浓度的影响

1.4.5薄膜的厚度及表面积的影响

1.4.6其他影响因素

1.5提高TiO2光催化效率的方法

1.5.1表面螫合及衍生

1.5.2过渡金属离子掺杂

1.5.3半导体复合

1.5.4非金属元素掺杂

1.5.5有机染料敏化

1.5.6稀土元素掺杂

1.6研究的内容、目的及意义

第二章 试验方法及检测仪器

2.1实验试剂及实验仪器

2.2粉体及薄膜的表征手段

第三章 TiO2/ZnO纳米复合薄膜的制备及表征

3.1 TiO2纳米薄膜的制备及表征

3.1.1 TiO2纳米薄膜的制备

3.1.2 TiO2薄膜的表征

3.2氧化锌薄膜的制备及表征

3.2.1氧化锌薄膜的制备

3.2.2氧化锌薄膜的表征

3.3 TiO2/ZnO纳米复合薄膜的制备及表征

3.3.1TiO2/ZnO纳米复合薄膜的原位混合法制备

3.3.2不同比例的复合薄膜的制备

3.3.3复合薄膜的表征

3.4不同方法制备的TiO2/ZnO复合薄膜的表征

第四章 TiO2/ZnO纳米复合薄膜的光催化性能研究

4.1氧化钛薄膜的光催化性能

4.1.1甲基橙光催化降解原理

4.1.2光催化试验条件的确定

4.1.3氧化钛薄膜的光催化性能

4.2氧化锌薄膜的光催化性能

4.3混合方式对光催化性能的影响

4.4氧化钛/氧化锌复合薄膜的光催化性能

4.5时间对光催化性能的影响

第五章 结论

参考文献

个人简历与在学期间发表的学术论文与研究成果

致 谢