溶膠-凝膠法制備納米二氧化鈦薄膜及其光致特性研究.pdf

1、該論文主要對(duì)納米二氧化鈦光催化與超親水性薄膜的制備及性能研究和過(guò)渡金屬摻雜對(duì)納米二氧化太薄膜的微觀結(jié)構(gòu)、光致特性、電化學(xué)性質(zhì)及在酸堿條件下的穩(wěn)定性等進(jìn)行了研究.薄膜的制備主要由兩部分組成:1.室溫下SiO<,2>-TiO<,2>復(fù)合薄膜的制備;2.摻雜Sb的納米二氧化鈦薄膜的制備.1.在納米二氧化鈦薄膜的室溫制備與研究中,用正硅酸乙脂和四氯化鈦分別作為二氧化硅和二氧化鈦的前驅(qū)體,室溫下采用溶膠-凝膠法在玻璃基板上制備厚度約為100nm均

2、勻、透明的納米TiO<,2>、TiO<,2>復(fù)合薄膜.通過(guò)XPS對(duì)薄膜表面及近表面元素的化學(xué)態(tài)的研究發(fā)現(xiàn),Ti在薄膜表面及近表面不僅以Ti<'4+>形式存在,同時(shí)也存在少量的Ti<'3+>.XRD研究表明,該薄膜中的TiO<,2>主要以銳鈦礦形式存在,晶粒大小為14--20nm.薄膜的表面形貌及不同的溫度處理對(duì)TiO<,2>顆粒大小的影響通過(guò)AFM進(jìn)行表征.在室溫下制備、固化的薄膜具有良好的光致超親水性、光催化能力和較高的可見(jiàn)光透射率,

3、且薄膜厚度均勻.通過(guò)沸水處理方法研究了不同溫度下處理后薄膜與基板的附著力性能.2.通過(guò)溶膠-凝膠法制備的摻雜Sb的納米二氧化鈦光催化薄膜,在可見(jiàn)光區(qū)的平均透射率大于80﹪.摻入適量的Sb后,由于Sb替代了TiO<,2>的部分Ti,形成Sb-O-Ti結(jié)構(gòu),改變了TiO<,2>的晶格結(jié)構(gòu)參數(shù)(a,c),進(jìn)而提高了薄膜的結(jié)晶效率,使薄膜中銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO<,2>:Sb含量明顯提高.但摻入過(guò)量的Sb后,由于Sb相互間作用,形成Sb-Sb鍵,降

4、低了晶格的有序度,使薄膜的結(jié)晶效率降低.實(shí)驗(yàn)表明,Sb的最佳摻雜含量為0.2﹪.此時(shí)薄膜的結(jié)晶效率最高.電化學(xué)分析結(jié)果表明,摻雜S b后薄膜的穩(wěn)定性得到顯著提高,而未摻雜的純TiO<,2>薄膜在鹽酸中并不穩(wěn)定.最后還對(duì)有用直流磁控濺射法制備銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO<,2-x>N<,x>薄膜進(jìn)行了初步的探討.結(jié)果表明,用磁控濺射制備的TiN薄膜,經(jīng)一定時(shí)間的濕氧氧化后形成銳鈦礦結(jié)構(gòu)的TiO<,2-x>N<,x>薄膜.該薄膜具有很好的光催化和光致