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《熱處理對低溫制備納米結(jié)構(gòu)二氧化鈦薄膜光催化性能的影響》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要近三十年來，半導(dǎo)體光催化引起了人們的廣泛關(guān)注，其中二氧化鈦(Ti02)以其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)被視為一種理想的光催化劑。目前很多研究小組成功地將Ti02光催化運(yùn)用到污水處理中，并取得了不少成果。但由于現(xiàn)在”O(jiān)z光催化尚存在一些問題，如處理效率低、太陽能利用率低等，大大限制了這種材料的工業(yè)化運(yùn)用。本文采用兩種不同的低溫制各方法分別制各出了納米晶態(tài)Ti02薄膜，研究了兩種薄膜低溫形成的機(jī)理；研究了熱處理對兩種低溫制備納米晶態(tài)Ti02薄膜光降解若丹明B(RB)的能力的影響。最后，對實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的光催化薄膜的“自然時(shí)效”現(xiàn)象的可能機(jī)理進(jìn)行了初步探討。利用雙氧水
2、直接氧化法制備了表面多孔結(jié)構(gòu)及納米棒陣列結(jié)構(gòu)的Tioz薄膜。場發(fā)射掃描電鏡(FE．SEM)觀察結(jié)果表明，鈦片與30wt％的雙氧水反應(yīng)不同時(shí)間后，所得薄膜的表面形貌演化過程為：反應(yīng)10min的時(shí)候鈦片表面形成一層比較致密的Ti02膜；反應(yīng)至1h時(shí)，表面開始形成蜂窩狀的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；反應(yīng)到36h時(shí)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)開始通過溶解沉積機(jī)制形成了具有納米棒陣列的表面形貌。X射線衍射(XRD)研究表明，熱處理之前，反應(yīng)48h之前的薄膜基本上為非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)60h和72h的薄膜具有明顯的銳鈦礦相和金紅石相的混晶結(jié)構(gòu)；當(dāng)薄膜經(jīng)450。C熱處理lh后，反應(yīng)48h以前的薄膜
3、由純銳鈦礦相組成，而反應(yīng)60h和72h的薄膜仍然保留熱處理前的混晶結(jié)構(gòu)。離子色譜分析(ICP)結(jié)果表明，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，反應(yīng)液中Ti離子濃度上升，到了1h后達(dá)到了最大值，而后隨著反應(yīng)時(shí)間的繼續(xù)增加開始下降，反應(yīng)12h后，其濃度開始急劇下降，到了24h時(shí)溶液中基本上沒有Ti(Ⅳ)離子的存在；對反應(yīng)液中H202濃度監(jiān)測(GB1616．79)發(fā)現(xiàn)，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長，H202濃度單調(diào)下降，到24h時(shí)，基本上檢測不出溶液中的H202。綜合上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們認(rèn)為H202氧化法制備得到的納米Tj02薄膜頂層的納米棒陣列是通過“定向粘附”生長而成的，薄膜低溫晶化
4、的可能機(jī)理是溶解．沉積和原位晶化。利用TiF4水解法制備了納米Ti02薄膜，經(jīng)XRD、FE．SEM、高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)、紫外可見反射光譜(u、“Vis)及R鋤an光譜分析可知，這層薄膜由純銳鈦礦相組成，表面由分布均勻的致密顆粒膜及分散其上的顆粒團(tuán)簇組成。薄膜的厚度隨著反應(yīng)時(shí)間的增加而不斷增厚。晶態(tài)薄膜的低溫生長與F離子的存在有關(guān)：F的存在抑制了薄膜沉積速率，從而有利于低溫晶化過程。研究了熱處理溫度對Ti與H202反應(yīng)72h得到的納米棒陣列Ti02薄膜光催化性能(PA)的影響。研究表明，隨著熱處理溫度的上升，薄膜的PA變化經(jīng)歷了三個(gè)階段：
5、第一階段(≤340。c)，隨著熱處理溫度的上升，薄膜的PA急劇下降，導(dǎo)致這種變化的主要原因是表面羥基和活性氧等基團(tuán)的損失；第二階段(340～450。C)，由于薄膜的結(jié)晶度顯著提高，薄膜的PA開始回升；第三階段(450～700。c)，熱處理導(dǎo)致薄膜的晶粒長大起主要作用，因而薄膜的PA有所下降。研究了熱處理溫度對TiF4在60。C水解72h得到的薄膜P=A的影響。結(jié)果表明，隨著熱處理溫度的提高，薄膜的PA在300。c的時(shí)候有一個(gè)顯著提高，到500oC時(shí)達(dá)到最佳。其主要原因是當(dāng)熱處理溫度大于283。c時(shí)能夠完全去除薄膜中的F離子，而F離子的存在減少了表面Ti
6、．OH含量，不利于PA，所以300℃熱處理比250。C熱處理，薄膜的PA有顯著提高。當(dāng)熱處理溫度繼續(xù)提高，由于薄膜結(jié)晶度的提高對PA造成的●有利影響大于晶粒長大所造成的不利影響，所以薄膜的PA繼續(xù)提高，到500。c時(shí)達(dá)到一個(gè)最佳值。薄膜的PA隨著厚度的增加而上升。本文最后研究了室溫條件下陳放對Ti02薄膜光催化降解RB能力的影響。研究表明，薄膜在空氣中陳放一定時(shí)間有利于光催化性能的提高，我們將這種現(xiàn)象稱為“自然時(shí)效”。這種現(xiàn)象與薄膜的表面形貌無關(guān)，與Ti02薄膜的相組成無關(guān)，與制備方法無關(guān)，是一種普遍存在的現(xiàn)象。電子自旋共振譜(ESR)結(jié)果顯示，Ti與
7、H202反應(yīng)72b得到的薄膜，在空氣氣氛下450。c熱處理lh后，薄膜表面的羥基基本消失，而在空氣中陳放10天，表面的羥基又會重新出現(xiàn)。結(jié)合其他系列實(shí)驗(yàn)，我們認(rèn)為，“自然時(shí)效”現(xiàn)象的產(chǎn)生主要是由于羥基的回復(fù)引起的，而羥基回復(fù)的快慢與薄膜陳放的環(huán)境有關(guān)。在水分和氧氣比較充足的條件下，羥基的回復(fù)速度比較快。在陳放過程中適當(dāng)?shù)淖贤夤庹找材芗涌炝u基的回復(fù)進(jìn)程。關(guān)鍵詞：二氧化鈦；光催化；薄膜；熱處理：自然時(shí)效：納米結(jié)構(gòu)；若丹明B¨AbstractSemicOnductOrphotocatalysishasattractedmuchattentionoVerthe
8、past3decades．Amongthem，tltania(titaniumdioxide，
