二氧化鈦的結(jié)構(gòu)與性能研究.pdf

1、自20世紀(jì)70年代以來，TiO2因?yàn)槠洫?dú)特的自身優(yōu)勢(shì)，被科學(xué)界廣泛的研究。作為一種半導(dǎo)體材料，TiO2在光源的照射下，其價(jià)帶的電子將躍遷到導(dǎo)帶,從而形成電子空穴對(duì)。在電子空穴對(duì)中，光生電子具有較強(qiáng)的還原性，與氧原子結(jié)合形成超氧根離子；而光生空穴則具有很強(qiáng)的氧化性，使其能夠氧化大部分的有機(jī)物，與一般半導(dǎo)體材料相比，TiO2半導(dǎo)體屬于寬禁帶半導(dǎo)體材料，在經(jīng)過光源的激發(fā)之后，光生電子空穴對(duì)具有更高的氧化還原電勢(shì)，使得被激發(fā)的電子與空穴較難復(fù)合

2、，延長(zhǎng)了電子空穴對(duì)的存在時(shí)間。正是因?yàn)門iO2具有這一特點(diǎn)，使其在超親水性能、環(huán)境治理以及能源開發(fā)上具有廣闊的前景，但同時(shí)也因?yàn)槠漭^寬的禁帶寬度，使其對(duì)太陽光的響應(yīng)范圍局限在紫外光區(qū)以下，極大的限制了TiO2材料對(duì)太陽光的充分利用。
　　在TiO2催化劑的實(shí)際應(yīng)用研究中，主要包括三個(gè)方面：清潔能源材料、光催化材料以及超親水材料。在本文的研究中，光催化以及超親水性能是研究的重點(diǎn)。當(dāng)TiO2作為超親水材料時(shí)，其主要以薄膜狀態(tài)存在，作為

3、超親水材料，TiO2在光源激發(fā)之后具有較好的超親水性能，但其缺點(diǎn)在于不能夠較長(zhǎng)時(shí)間的保持超親水性能，在失去光照之后親水性能迅速降低,為了克服TiO2薄膜的該缺點(diǎn)，學(xué)界對(duì)其做了很多的研究。而作為光催化材料，TiO2因其在對(duì)有機(jī)物的講解過程中不產(chǎn)生二次污染，且能夠?qū)τ袡C(jī)物進(jìn)行較為徹底的講解，使得TiO2成為今年研究較多的催化劑材料。在催化過程中，TiO2主要以光生電子作為還原劑，空穴為氧化劑，使得TiO2對(duì)于大多數(shù)的物質(zhì)都能夠進(jìn)行氧化還原處

4、理。但因?yàn)門iO2的電子層結(jié)構(gòu)使其只能夠利用紫外線，這就要求對(duì)其進(jìn)行一定的改良，使其對(duì)太陽光中的可見光產(chǎn)生響應(yīng)，降低在催化處理過程中的能源消耗。
　　本文以溶膠-凝膠理論為基礎(chǔ)，重點(diǎn)考察了Co、S離子共摻雜對(duì)TiO2粉末催化劑結(jié)構(gòu)的影響，并研究了摻雜催化劑的光吸收特性，分析了相應(yīng)的機(jī)理；與此同時(shí)，通過浸漬提拉鍍膜機(jī)成功制得復(fù)合納米TiO2薄膜，并在紫外燈照射一段時(shí)間之后，將復(fù)合薄膜樣品置于暗室中保存，考察了SiO2薄膜對(duì)TiO2薄

5、膜避光親水性的影響。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　1.通過溶膠-凝膠法成功的制得了銳鈦礦的TiO2粉末催化劑以及TiO2的薄膜材料，經(jīng)X射線衍射儀的檢測(cè)表明：在經(jīng)過1h的熱處理之后，粉末催化劑表現(xiàn)出銳鈦礦的單一晶體結(jié)構(gòu)，并未出現(xiàn)金紅石以及摻雜氧化物的晶型；而在經(jīng)過1.5 h的熱處理之后，TiO2薄膜為銳鈦礦相與金紅石的混合晶體，其中銳鈦礦的含量為96.8％，金紅石相含量為3.2%，該晶體結(jié)構(gòu)為后續(xù)避光超親水性能的提高創(chuàng)造了良好的結(jié)構(gòu)條件。

6、
　　2.在一定摻雜范圍內(nèi)，隨著摻雜濃度的升高，(Co,S)/TiO2晶粒尺寸逐漸減小，由于晶體結(jié)晶度的降低，其晶面間距也產(chǎn)生了一定的收縮；于此同時(shí)，對(duì)比未摻雜TiO2催化劑，(Co,S)/TiO2粉末催化劑對(duì)可見光的吸收產(chǎn)生了明顯的紅移，而未摻雜樣品的光吸收閥值約為400 nm，樣品(4、5)表現(xiàn)出較好的光吸收特性，其光響應(yīng)閥值明顯提高，達(dá)到近紅外區(qū)的785 nm，通過改性之后，對(duì)可見光的光響應(yīng)性能得到明顯提高。
　　3.