TiO2薄膜光催化及其親水性能研究.pdf

1、TiO2是n型金屬氧化物半導(dǎo)體,是一種重要的無機功能材料,可用于制作電介質(zhì)材料、光催化薄膜、減反射涂層、氣敏傳感器等。TiO2薄膜材料由于具有較好的光催化和親水特性,在環(huán)境污染、自清潔材料等較多領(lǐng)域里有著廣泛的應(yīng)用前景。親水和光催化反應(yīng)發(fā)生在TiO2表面,表面的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對光催化和親水性有重要影響。TiO2具有金紅石、銳鈦礦和板鈦礦三種晶型,在一定溫度下可發(fā)生晶型的轉(zhuǎn)變。
　　本研究采用射頻磁控濺射法在玻璃、石英玻璃和硅襯底上制備

2、TiO2薄膜。用X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜儀(XPS)和紫外-可見分光光度計(UV-Vis.)等現(xiàn)代測試技術(shù),研究所制備納米TiO2薄膜的結(jié)構(gòu)、形貌、組分及光學(xué)性能,探討退火溫度、厚度和襯底等因素對TiO2薄膜親水和光催化性能的影響。實驗結(jié)果如下:
　　(1)隨著退火溫度的升高,TiO2薄膜的晶相先由無定形向銳鈦礦相轉(zhuǎn)變,然后由銳鈦礦相向金紅石相轉(zhuǎn)變。TiO2薄膜的表面粗糙度由未退火時的0.4

3、13nm減少到退火200℃時的0.218nm,然后隨著退火溫度的升高,粗糙度逐漸增加;這是粗化效應(yīng)和平滑效應(yīng)兩種效應(yīng)互相競爭權(quán)衡的結(jié)果。退火前 TiO2薄膜中O/Ti的比為2.4,退火1000℃后變?yōu)?.3;TiO2薄膜中Ti的價態(tài)均為+4價,樣品表面存在羥基,并且退火后表面羥基減少。
　　(2)可見光范圍內(nèi)TiO2薄膜有很高的透射率;隨著退火溫度的升高,薄膜平均透射率先是逐漸增大,到400℃時達(dá)到最大,然后透射率又逐漸減少。薄膜

4、的禁帶寬度是隨著退火溫度的升高而逐漸減少,這是量子效應(yīng)和晶型變化共同作用的效果;這也與薄膜吸收邊隨退火溫度升高逐漸紅移相對應(yīng)。
　　(3)隨著退火溫度的升高,薄膜的接觸角先是逐漸減少,600℃時接觸角卻突然增加,然后隨著溫度的升高,薄膜的接觸角又逐漸降低。每個樣品的接觸角都是隨著紫外光照時間的增加而逐漸減少;退火400℃的TiO2薄膜在較短紫外光照后就具有很好的親水性,光照半小時后接觸角為35.6o;退火800℃的經(jīng)過長時間紫外光

5、照射后,親水性也變好,光照兩個小時后接觸角為14.4o。不同厚度的TiO2薄膜,150nm厚的親水性最好,光照兩個小時后接觸角為18.0o。而不同襯底的TiO2薄膜,玻璃襯底樣品的親水性好于石英襯底和硅襯底的,光照兩個小時后玻璃襯底樣品的接觸角為19.4o。
　　(4)不同退火溫度的樣品,退火800℃的TiO2薄膜對羅丹明B的降解率最高,達(dá)到86.7％。不同厚度的樣品,膜厚為150nm時對羅丹明B的光催化降解率最大,達(dá)到86.9％