納米TiO_2自清潔薄膜的N離子摻雜和SiO_2復合改性

【摘要】：采用廉價的TiCl4作為前驅體,以N離子摻雜以及SiO2復合對納米TiO2進行改性,制備出了無需熱處理就具有良好性能的TiO2溶膠。通過浸漬提拉法鍍膜,獲得了性能優(yōu)異的TiO2涂層。 采用XRD、TG-DSC、SEM、AFM、XPS等手段對溶膠和薄膜進行表征和分析。研究結果表明：改性樣品中,最優(yōu)N離子摻雜量為5%(與Ti的摩爾比),最優(yōu)SiO2復合量為0.3(與Ti的摩爾比)。溶膠樣品中含有結晶良好的銳鈦礦TiO2,改性后的TiO2顆粒粒徑減小,薄膜成分與溶膠成分保持一致。在粉末加熱到1000℃整個過程各樣品的失重在16%左右,進行SiO2復合的樣品具有更高的熱穩(wěn)定性。在SiO2復合樣品中,Si元素主要以兩種形式存在：SiO2和Ti-O-Si鍵,在N離子摻雜樣品中,N離子主要是進入TiO2晶格。薄膜表面由TiO2的二次粒子堆積而成,呈不規(guī)則球形,三維形貌為尖塔狀突起結構,其中改性后的樣品表面顆粒更為細小,成膜更為致密。三層薄膜具有最優(yōu)的光催化性能,其厚度約為150nm。 改性和未改性TiO2薄膜都具有較高的透光率、耐腐蝕性和粘附能力,改性后的樣品的吸收光譜發(fā)生紅移。在紫外光照射下,改性后的溶膠樣品70min后對亞甲基藍的降解率都達到95%以上,且可見光降解率明顯高于未改性樣品,具有更優(yōu)異的紫外和可見光的光催化性能；改性后的薄膜的最終水接觸角可達到0°,顯示出更優(yōu)越的親水性能；改性后的薄膜對油酸的分解能力明顯提高,具有更強的自清潔性能。 【關鍵詞】：納米TiO_2 N離子摻雜 SiO_2復合 光催化性 親水性 自清潔性
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：O643.36
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 納米TiO_2光催化材料的發(fā)展歷程10-11
• 1.2 自清潔涂層的原理11-13
• 1.2.1 光催化性11-12
• 1.2.2 親水性12-13
• 1.3 納米TiO_2的制備13-17
• 1.3.1 氣相法14-15
• 1.3.2 液相法15-16
• 1.3.3 固相法16-17
• 1.4 納米TiO_2薄膜的制備17-18
• 1.4.1 浸漬提拉法17
• 1.4.2 旋轉法17-18
• 1.4.3 噴涂法18
• 1.4.4 毛細管涂鍍法18
• 1.4.5 照相凹版涂鍍法18
• 1.5 自清潔性能的影響因素18-21
• 1.5.1 TiO_2光催化活性的影響因素18-20
• 1.5.2 TiO_2親水性的影響因素20-21
• 1.6 自清潔性能的提高21-23
• 1.6.1 半導體復合22
• 1.6.2 非金屬摻雜22
• 1.6.3 貴金屬沉積22-23
• 1.6.4 金屬離子摻雜23
• 1.7 自清潔納米TiO_2的應用23-26
• 1.7.1 自清潔玻璃24-25
• 1.7.2 自清潔陶瓷25
• 1.7.3 自清潔涂料25
• 1.7.4 自清潔紡織品25-26
• 1.8 論文選題依據(jù)、研究內容及創(chuàng)新點26-28
• 1.8.1 選題依據(jù)26-27
• 1.8.2 研究內容27
• 1.8.3 創(chuàng)新點27-28
• 2 實驗制備與表征方法28-36
• 2.1 溶膠的制備28-30
• 2.1.2 實驗準備29
• 2.1.3 實驗步驟29-30
• 2.2 薄膜的制備30-31
• 2.2.1 基片的清洗30-31
• 2.2.2 薄膜的制備31
• 2.3 光催化性能測試31-32
• 2.4 親水性能測試32-33
• 2.5 自清潔性能測試33
• 2.6 溶膠和薄膜的光學性能測試33
• 2.7 溶膠和薄膜的表征方法33-35
• 2.7.1 X-衍射分析(XRD)33-34
• 2.7.2 薄膜厚度測量34
• 2.7.3 TiO_2粉末的差熱—失重分析(DSC-TG分析)34
• 2.7.4 掃描電鏡分析(SEM)34
• 2.7.5 X光電子能譜分析(XPS)34
• 2.7.6 原子力顯微鏡分析(AFM)34-35
• 2.8 本章小結35-36
• 3 溶膠的表征與性能測試36-48
• 3.1 溶膠的光催化性能36-40
• 3.1.1 溶膠的紫外光催化性能36-38
• 3.1.2 溶膠的可見光催化性能38-40
• 3.2 納米TiO_2粉體的XRD分析40-42
• 3.3 納米TiO_2粉體的DSC-TG分析42-43
• 3.4 納米TiO_2粉體的XPS分析43-46
• 3.5 TiO_2溶膠的UV-Vis吸收光譜分析46-47
• 3.6 本章小結47-48
• 4 薄膜的表征與性能測試48-64
• 4.1 納米TiO_2薄膜的XRD分析48
• 4.2 薄膜的SEM表征與分析48-50
• 4.3 薄膜的AFM表征與分析50-51
• 4.4 薄膜厚度的測量51-52
• 4.5 薄膜的光學性能測試52-54
• 4.6 薄膜的光催化性能54-55
• 4.6.1 薄膜層數(shù)與可見光催化性能之間的關系54-55
• 4.6.2 薄膜的日光催化性能55
• 4.7 薄膜親水性研究55-61
• 4.8 薄膜自清潔性能分析61-63
• 4.9 本章小結63-64
• 5 結論與展望64-66
• 5.1 結論64-65
• 5.2 展望65-66
• 致謝66-67
• 參考文獻67-72
• 附錄72

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