钠钙玻璃负载TiO2薄膜光催化性能影响因素研究

Zn掺杂TiO2纳米薄膜的制备及其光学性能研究开题报告一、选题背景及意义随着人类社会对环境保护意识的不断提高，清洁能源的应用越来越重要。

太阳能是一种广泛的清洁能源资源，但其利用效率仍有待提高。

目前，研究人员将其目光投向了光催化材料，通过提高其光催化性能来提高太阳能利用效率。

TiO2是一种优秀的光催化材料，具有稳定、廉价等优点，但其光催化性能有限。

为了提高其性能，目前已经开始探索掺杂TiO2的方法。

Zn可以有效地提高TiO2的光催化性能，可促进电子-空穴对的分离和减少电荷重新组合，从而提高光催化活性。

而掺杂Zn的TiO2纳米薄膜具有较小的晶粒尺寸和较大的比表面积，这使得纳米薄膜在光反应中起到更加显著的作用。

因此，本研究将探究如何制备Zn掺杂TiO2纳米薄膜，并研究其光学性能，为太阳能光催化应用提供实验依据。

二、研究内容和方案1. 研究内容1）制备不同Zn含量的TiO2纳米薄膜；2）研究不同Zn含量对TiO2纳米薄膜的表面形貌、晶型结构和光学性能的影响；3）分析不同Zn含量的TiO2纳米薄膜的光催化性能。

2. 实验方案1）制备不同Zn含量的TiO2纳米薄膜：采用溶胶-凝胶法制备，掺杂Zn的量分别为0%、1%、3%、5%、7%、10%；2）研究不同Zn含量对TiO2纳米薄膜的表面形貌、晶型结构和光学性能的影响：采用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等测试手段观察样品的表面形貌、晶型结构和光学性质；3）分析不同Zn含量的TiO2纳米薄膜的光催化性能：采用紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）测试纳米薄膜的吸收率，并测试纳米薄膜的光分解甲醛实验，验证不同Zn含量对纳米薄膜的光催化活性的影响。

三、预期成果1）制备了不同Zn含量的TiO2纳米薄膜；2）探究了不同Zn含量对TiO2纳米薄膜的表面形貌、晶型结构和光学性能的影响；3）分析了不同Zn含量的TiO2纳米薄膜的光催化性能，为太阳能光催化应用提供实验依据；4）撰写研究成果，并在相关学术期刊上发表论文。

TiO2光催化技术的材料活性应用分析摘要：为了进一步探究TiO2的光催化特性，文中首先对TiO2光催化活性及其光催化的影响因素，接着重点探讨了基于溶胶法制备的纳米TiO2的应用，包括卫生保健、防结雾和自清洁涂层、防晒油、化妆品以及塑料等的应用。

关键词：光催化溶胶法活性自清洁光催化反应是光和物质之间相互作用的多种方式之一，是光反应和催化反应的融合，是光和催化剂同时作用下所进行的化学反应。

纳米TiO2是一种新型的无机金属氧化物材料，它是一种N型半导体材料，由于具有较大的比表面积和合适的禁带宽度，因此具有光催化氧化降解一些化合物的能力，纳米TiO2具有优异的光催化活性，并且价格便宜，无毒无害等优点因此被广泛的应用。

一、TiO2光催化活性1.TiO2光催化材料特性TiO2光催化材料的特性：原料来源丰富，廉价。

但光致电子和空穴的分离转移速度慢，复合率高，导致光催化量子效率低；光催化活性高（吸收紫外光性能强；禁带和导带之间能隙大；光生电子的还原性和空穴的氧化性强）。

只能用紫外光活化，太阳光利用率低；化学性质稳定（耐酸碱和化学腐蚀），无毒。

但粉末状TiO2在使用的过程中存在分离回收困难等问题。

2.TiO2光催化活性的光催化的影响因素光催化活性的光催化的影响因素主要如下：TiO2晶体结构的影响——在TiO2的三种晶型锐钛矿、金红石和板钛矿中，锐钛矿表现出较高的活性，这是由于锐钛矿较高的禁带宽度使其电子空穴对具有更正或更负的电位，因而具有较高的氧化能力，锐钛矿表面吸附H2O，O2及OH-的能力较强，导致光催化活性较高，在结晶过程中锐钛矿晶粒通常具有较小的尺寸及较大的比表面积，对光催反应有利。

TiO2表面结构的影响——光催化过程主要在催化剂表面发生，对于单纯的TiO2光催化剂，影响其光催化剂，影响其光催化活性的表面性质如下：表面积，尤其是充分接受光照的表面积；表面对光子的吸收能力；表面对光生电子和空穴捕获并使其有效分离的能力；电荷在表面向底物转移的能力。

不同载体对负载TiO2薄膜光催化活性影响的实验研究摘要：采用溶胶_凝胶工艺在不同载体表面制备了均匀透明的TiO2薄膜。

甲基橙水溶液的光催化降解实验表明：不同负载的TiO2薄膜具有不同的光催化活性，钛片的光催化活性最高，然后是陶瓷、不锈钢、铝片、釉面瓷砖、玻璃，铜片最低；而且其光催化活性还与负载的加热温度有关，加热温度为520℃时钛片的光催化活性最高，580℃时陶瓷、釉面瓷砖、不锈钢和玻璃的催化活性最高，而460℃时铝片的光催化活性最高。

关键词：污水处理光催化二氧化钛载体以二氧化钛等半导体为催化剂的光催化技术是近20年来环境研究的热点之一[1]，许多研究[2]，表明它可以较好地降解水和空气中的很多污染物，包括有机物和无机物。

但是由于传统的粉末光催化剂存在着二次分离和回收等问题，许多研究者把目光转向了固化二氧化钛体系，即把二氧化钛光催化剂固定在一种载体上，制备成一种薄膜。

本文采用溶胶_凝胶法在不同的载体(钛片、玻璃、铝片、陶瓷、釉面瓷砖、不锈钢、铜片)表面制备二氧化钛薄膜，来考察不同载体对负载TiO2薄膜光催化活性的影响，而且对不同载体的加热工艺进行了研究。

1 实验方法1.1 二氧化钛薄膜的制备以钛酸四正丁酯为原料，以三乙醇胺为抑制剂来制备溶胶。

具体配制方法如下：取17.0mL钛酸正四丁酯和4.8mL 三乙醇胺溶解到67.3 mL无水乙醇中，搅拌2h，然后再加入10mL无水乙醇和1 mL蒸馏水，再搅拌30 min，即得到淡黄色的透明溶胶。

把钛片、铝片、不锈钢、玻璃、釉面瓷砖和陶瓷切割成10mm x 10mm的方形，相继用酸、碱和酒精清洗后凉干。

把这6种清洗凉干后的载体分别浸渍在溶胶中，提拉速度为200mm／min，取出后放到100℃的马弗炉中保温30min，然后分别以每分钟5 ℃的速率升温到一定的温度(400℃，460℃，520℃，580℃，640℃，700℃等)，在此温度下再保温1h，即得到不同加热工艺下不同负载的二氧化钛薄膜。

SiO2/TiO2复合薄膜光催化性能的研究Photo2catalytic Properties of SiO2/TiO2Composite Films郭子斌,赵宏生,胡红坡(清华大学核能与新能源技术研究院,北京100084)GUO Zi2bin,ZHAO Hong2sheng,HU Hong2po (Instit ute of Nuclear and New Energy Technology,Tsinghua University,Beijing100084,China)摘要:采用溶胶2凝胶法和浸渍提拉法在玻璃表面镀制了SiO2/TiO2复合薄膜,以SEM,XPS,UV2Vis等手段对其进行了表征;通过对亚甲基蓝的降解反应,研究了SiO2/TiO2复合薄膜在紫外光下的光催化性能。

结果表明:在玻璃片上预镀SiO2层使TiO2薄膜中的Na+和Mg2+含量明显降低,同时,有利于TiO2薄膜中晶粒的长大,提高了光催化性能。

关键词:SiO2/TiO2复合薄膜;溶胶2凝胶法;光催化性能中图分类号:O643 文献标识码:A 文章编号:100124381(2008)1220038203Abstract:The SiO2/TiO2composite films were p repared on glass subst rates by sol2gel technology and dip2coating p rocess,and were characterized by SEM,XPS and UV2Vis t ransmittance and absorption spectra.The p hoto2catalytic activity of t he compo site films was st udied t hrough t he degradation ex2 periment of met hyl blue under UV light.The result s showed t hat t he SiO2film on t he glass subst rates can reduce Na+ion and Ca2+ion content in t he TiO2film and make for t he crystals growt h of t he TiO2 t hin film.Thereby,t he p hoto2catalytic activity of t he TiO2film was improved.K ey w ords:SiO2/TiO2composite film;sol2gel met hod;p hoto2catalytic activity 1972年,Fujishima和Honda发表了关于TiO2电极在光照条件下分解水的论文[1],此后半导体光催化材料的研究得到广泛展开。

二氧化钛薄膜的研究进展引言TiO2是一种性能稳定的半导体材料，具有氧化活性高，对人体无毒害、成本低和无污染等特点，在许多领域有广泛的用途。

TiO2薄膜具有良好的化学稳定性、电学性能、优良的光催化特性和亲水性，使其在污水处理、空气净化、电子材料、光学材料、生物材料和金属表面防护等方面呈现出巨大应用潜力。

目前，TiO2薄膜的制备方法有很多，大体可以分为两大类：物理法和化学法。

物理法主要是利用高温产生的物质蒸发或电子、离子、光子等高能粒子的能量所造成的靶物质溅射等方法，在衬底上形成所需要的薄膜；化学法是利用化学反应在基片上形成薄膜的方法。

[1]制备方法1 溶胶-凝胶法溶胶－凝胶法就是用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合，并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。

凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。

溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水和络合剂，经搅拌和陈化后形成溶胶，然后利用浸渍-提拉法、旋转涂层或喷涂等方法涂在基片表面，经过焙烧后形成薄膜。

常用的钛醇盐主要有：钛酸乙酯、钛酸四异丙酯、钛酸丁酯、钛酸四丁酯、四氯化钛和三氯化钛等等。

姚敬华等[2]人以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶-凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。

用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。

结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。

将一定量偏钛酸和NaOH按一定量比混合,再按一定固液比用水稀释,搅拌均匀后转入蒸馏瓶中,在沸腾状态下回流2 h后转入烧杯.在搅拌条件下,缓慢加入一定体积的浓硝酸至沉淀溶解,得到浅白色半透明状溶液。

在此溶液中加入一定体积的8%DBS溶液和二甲苯,搅拌30 min静置,液体分为3层(3相),取中间相进行蒸馏,至馏出液中不分层为止,过滤,将滤渣在80℃烘 4 h后,放入茂福炉,在650℃下灼烧3 h后得纳米TiO2微粒。