溶膠—凝膠工藝制備二氧化鈦?zhàn)郧鍧嵄∧さ难芯?/p>

【摘要】： 近十幾年來，光催化氧化應(yīng)用于環(huán)境污染物的治理已經(jīng)成為環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體TiO_2作為一種性能優(yōu)異的光催化材料，可將許多化學(xué)法、生物法無法降解的有機(jī)物完全降解為CO_2、H_2O及相應(yīng)無機(jī)酸，且成本低廉，不造成二次污染，使其在廢水處理、空氣凈化、殺菌以及自清潔和太陽能轉(zhuǎn)化等方面有著十分誘人的前景。本論文對(duì)半導(dǎo)體光催化和親水性的工作原理，存在問題及發(fā)展前景進(jìn)行了綜述，同時(shí)對(duì)二氧化鈦(TiO_2)光催化的改性的研究進(jìn)行了介紹。 由于TiO_2的帶隙較寬(約3.2eV)，半導(dǎo)體的光吸收波長范圍窄(主要在紫外區(qū))，故其太陽能的利用效率低，且還存在半導(dǎo)體載流子的復(fù)合率高，量子化效率低等缺陷。本論文對(duì)玻璃表面TiO_2光催化薄膜作為自清潔薄膜材料進(jìn)行了一系列探討。從進(jìn)行TiO_2摻雜改性和結(jié)構(gòu)修飾著手，針對(duì)TiO_2自清潔性能有待提高的問題，用溶膠—凝膠浸置提拉法在玻璃基板上制備了摻HPC、摻硅、摻釩薄膜和釩、硅共摻雜，釩、鐵共摻雜TiO_2薄膜，對(duì)它們的光催化性能和親水性能作了系統(tǒng)的研究。 對(duì)摻HPC薄膜進(jìn)行光催化活性和親水性測試結(jié)果表明：適量(3m最佳)的HPC加入可以使二氧化鈦顆粒的團(tuán)聚程度降低，顆粒均勻分布，TiO_2晶粒納米化，粗糙度增加，使TiO_2擁有更大的比表面積，使其光催化性能和親水性均得到改善。其中3m的HPC改性的TiO_2薄膜經(jīng)過紫外光照3h后表現(xiàn)為超親水性。 對(duì)摻硅薄膜進(jìn)行光催化活性和親水性測試結(jié)果表明：硅摻雜提高了TiO_2薄膜光催化活性。但硅的添加量過大時(shí)，薄膜光催化活性下降，原因是產(chǎn)生無催化作用的二氧化硅。硅的加入對(duì)二氧化鈦薄膜的親水性沒有明顯影響。 對(duì)摻釩薄膜進(jìn)行光催化活性和親水性測試結(jié)果表明：摻釩后薄膜光學(xué)帶隙變小，擴(kuò)大了可利用光的范圍，提高了TiO_2薄膜光催化活性。同時(shí)釩摻入產(chǎn)生電子空穴俘獲阱，降低電子空穴復(fù)合，對(duì)光催化活性的提高也有貢獻(xiàn)。而釩摻雜使TiO_2薄膜親水性能顯著提高，甚至在太陽光照下就具有親水性。 另外，釩、硅共摻雜進(jìn)一步提高了Ti_2薄膜光催化活性。選擇更為合適的 浙江大學(xué)碩士畢業(yè)論文 劉琴華:溶膠.凝膠工藝制備二城化欽自清潔薄膜的研究 雙離子共摻雜可能會(huì)更有效地提高TIO:的光催化。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)共摻雜薄膜的親 水性能不佳。 綜上所述，本研究用溶膠凝膠制備了一系列改性的TIO:薄膜，對(duì)它們的自 清潔(光催化性能和親水性性能)作了系統(tǒng)研究。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)光催化性能 而言，摻HPC、摻釩、摻硅和釩、硅共摻雜都對(duì)Tio:薄膜光催化活性有所提高， 但不是所有的改良都帶來更好的親水性。其中，3mHPC摻雜薄膜樣品和x二0.巧 的釩摻雜薄膜光催化性能和親水性性能都比未摻雜Tio:薄膜樣品好，可作為自 清潔薄膜。 【關(guān)鍵詞】：TiO_2 釩摻雜 硅摻雜 共摻雜 帶隙 光催化 親水性
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TB43
【目錄】：

• 第一章 緒論10-12
• 第二章 研究背景及現(xiàn)狀12-30
• 2.1 光催化作用原理12-20
• 2.1.1 基本原理12-14
• 2.1.2 TiO_2的結(jié)構(gòu)對(duì)光催化性能的影響14-16
• 2.1.2.1 晶型的影響14-15
• 2.1.2.2 晶格缺陷的影響15-16
• 2.1.2.3 晶面的影響16
• 2.1.3 光催化劑的量子尺寸效應(yīng)16-17
• 2.1.4 半導(dǎo)體光催化劑的改性技術(shù)17-20
• 2.1.4.1 催化劑表面修飾17
• 2.1.4.2 半導(dǎo)體表面貴金屬淀積17-18
• 2.1.4.3 半導(dǎo)體的金屬離子摻雜18-19
• 2.1.4.4 復(fù)合半導(dǎo)體19-20
• 2.1.4.5 半導(dǎo)體的染料光敏化20
• 2.2 TiO_2超親水性20-23
• 2.2.1 TiO_2超親水的原理20-21
• 2.2.2 超親水TiO_2薄膜自潔凈玻璃的防霧21-23
• 2.3 TiO_2薄膜的結(jié)構(gòu)與光催化性能23-26
• 2.3.1 HPC對(duì)TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)的影響23-25
• 2.3.1.1 超分散劑23-24
• 2.3.1.2 HPC24-25
• 2.3.2 硅修飾對(duì)TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)的影響25
• 2.3.3 釩、鐵摻雜對(duì)TiO_2薄膜結(jié)構(gòu)的影響25-26
• 2.4 光催化及親水性在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用26-28
• 2.4.1 光催化的應(yīng)用26-27
• 2.4.2 TiO_2的固化技術(shù)27-28
• 2.4.3 TiO_2光催化和超親水性在幕墻玻璃上的應(yīng)用28
• 2.5 存在的問題28-30
• 第三章 薄膜的制備30-36
• 3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原料30-31
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備30
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)原料30-31
• 3.2 樣品制備31-33
• 3.2.1 薄膜樣品的制備31-32
• 3.2.2 鍍膜與熱處理32-33
• 3.2.3 退火33
• 3.3 性能測試33-36
• 3.3.1 薄膜厚度的測量33-34
• 3.3.2 X射線衍射分析(XRD)34
• 3.3.3 掃描電鏡(SEM)34
• 3.3.4 原子力顯微鏡(AFM)34
• 3.3.5 XPS(X-Ray Photoelectric Spectrum)測試34
• 3.3.6 紫外-可見光譜34-35
• 3.3.7 親水性的測試35
• 3.3.8 光催化性能測試35-36
• 第四章 HPC摻雜TiO_2薄膜的光催化活性和親水性的研究36-45
• 4.1 HPC摻雜TiO_2薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果36-41
• 4.1.1 薄膜樣品的微觀結(jié)構(gòu)36-39
• 4.1.1.1 XRD36-37
• 4.1.1.2 薄膜厚度37
• 4.1.1.3 SEM37-38
• 4.1.1.4 AFM38-39
• 4.1.2 薄膜樣品的紫外可見吸收光譜39-40
• 4.1.3 薄膜樣品的親水性40-41
• 4.1.4 摻HPC薄膜的光催化活性41
• 4.2 分析與討論41-44
• 4.2.1 HPC對(duì)TiO_2微觀結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理41-42
• 4.2.2 HPC對(duì)Ti_2親水性和光催化性的影響機(jī)理42-44
• 4.3 小結(jié)44-45
• 第五章 硅摻雜對(duì)TiO_2薄膜光催化活性和親水性的影響45-54
• 5.1 硅摻雜薄膜的實(shí)驗(yàn)結(jié)果45-52
• 5.1.1 TiO_2薄膜的XRD圖45-46
• 5.1.2 SEM46
• 5.1.3 摻硅薄膜紫外-可見光譜46-47
• 5.1.4 XPS47-50
• 5.1.5 光催化結(jié)果50-51
• 5.1.6 親水性測試51-52
• 5.2 結(jié)果討論52-53
• 5.2.1 硅摻雜影響TiO_2光催化性能及親水性的機(jī)理52-53
• 5.3 結(jié)論53-54
• 第六章 釩摻雜對(duì)TiO_2的光催化活性和親水性的影響54-67
• 6.1 釩摻雜實(shí)驗(yàn)結(jié)果54-64
• 6.1.1 薄膜樣品的X射線衍射分析結(jié)果54-55
• 6.1.2 薄膜樣品的SEM55-56
• 6.1.3 薄膜樣品的紫外-可見吸收光譜測試56-58
• 6.1.4 薄膜樣品的紫外-可見透過光譜58-60
• 6.1.5 薄膜樣品的光催化性能60-63
• 6.1.6 親水性測試63-64
• 6.2 分析與討論64-66
• 6.2.1 釩摻雜對(duì)TiO_2能帶結(jié)構(gòu)的影響64-65
• 6.2.2 釩摻雜對(duì)TiO_2光催化性能和親水性的影響機(jī)理65-66
• 6.3 小結(jié)66-67
• 第七章 共摻雜對(duì)TiO_2薄膜光催化性能和親水性能的影響67-75
• 7.1 釩、硅共摻雜的結(jié)果和討論67-71
• 7.1.1 XRD物相分析67-68
• 7.1.2 共摻雜薄膜樣品的SEM68-69
• 7.1.3 釩、硅共摻雜對(duì)光催化性能的影響69-71
• 7.1.4 釩、硅共摻雜對(duì)親水性性能的影響71
• 7.2 硅、鐵共摻雜的結(jié)果和討論71-74
• 7.2.1 硅、鐵共摻雜薄膜的光催化性能71-73
• 7.2.2 硅、鐵共摻雜薄膜的親水性性能73-74
• 7.3 小結(jié)74-75
• 第八章 結(jié)論75-77
• 參考文獻(xiàn)77-84
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文84-85
• 致謝85

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高居里點(diǎn)鈣鈦礦型壓電薄膜材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究    鐘財(cái)富

磁控濺射制備NiO、TiO_2和ZnO薄膜及其物性研究    彭堂超

脈沖激光沉積制備Fe-N薄膜    張磊

FTO薄膜熱處理過程中的表面演化及性能的研究    陳謙

太陽電池用SiN/a-Si/poly-Si/NiTi薄膜的制備與性能研究    王玉雷

電弧離子鍍過程中脈沖偏壓對(duì)TiCN薄膜的影響    張凇銘

反應(yīng)磁控濺射制備組分可控的B-C-N薄膜    管昌雨

C軸取向BaFe_（12）O_（19）薄膜集成到Si單晶基片的磁控濺射工藝與性能研究    李清峰

無擴(kuò)散阻擋層Cu(C)和Cu(Ti)薄膜的制備及表征    聶利飛

ZnO：Al靶材與薄膜的制備初步研究    尹永波

高性能鐵電薄膜制備、結(jié)構(gòu)與性能研究    潘笑風(fēng)

WS_2及C摻雜TiAlSiN復(fù)合膜制備工藝及性能研究    姜巍