TiO2光催化薄膜的制备及应用

引言工业的飞速发展深刻变革着人们的生活与生产方式。

但其发展过程中的排放问题造成了巨大的环境污染。

因此，有效、安全、能耗低的光催化技术也成为当今的研发热点之一。

纳米二氧化钛是当前光催化技术常用的一种半导体材料。

其具有生物无毒性、高催化活性、成本较低等诸多优点。

但其结构上有一定的缺陷，例如：其禁带宽度为3.2eV、其电子空穴易复合等，这些使得其光催化性能降低。

因此，对二氧化钛进行改性以期改善其处理污水的效果是当今的热点话题之一。

一、二氧化钛光催化原理TiO2的光催化原理如图1所示。

其价带上的电子在吸收足够能量后，跃迁至导带，形成光生电子。

同时，价带上形成空穴，生成空穴——电子对。

空穴与光生电子对在电场的作用下发生分离，一同迁移到TiO2粒子的表面。

其中，空穴可以引发氧化反应，光生电子具有还原性，二者共同作用进而降解污染物。

图 1　二氧化钛光催化原理示意图但TiO2禁带宽度较宽，难以响应可见光；且电子与空穴自身复合率就较高。

以上原因都导致纳米TiO2的催化活性和催化效率较低，难以运用到光催化领域中。

二、纳米二氧化钛的制备1.微波水热法微波有助于加快化学反应，可用微波水热法制备纳米TiO2。

胡能等采用水热法制备了具有光催化活性的纳米TiO2。

继而对其结构、光学吸收与相态等方面进行表征分析，最后得出结论：在紫外光条件下，纳米TiO2能迅速降解废水里的染料等有机物，不仅对环境友好，同时具有高效率、稳定性强、节约能源等优点。

2.溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是一种使用时间远超于微波水热法的新方法，其使用优点主要在于高混合性，反应物的分子在形成的凝胶中可以充分混合继而达到更加优秀的催化效果。

并且反应条件并不严苛，无须高温，能耗低，且反应大多数处于纳米状态。

但此法前期造价高昂，且反应时间较长，往往在几天或几周不等。

孙鹏飞等用溶胶—凝胶法合成的改性TiO2拥有较好的光催化性能，其中 Fe3+改性催化剂要优于B3+改性TiO2。

氮掺杂二氧化钛的制备及性能氮掺杂二氧化钛的制备及性能一、引言二氧化钛（TiO2）作为一种重要的半导体材料，具有良好的光催化性能和光电化学性能。

然而，纯TiO2的禁带宽度较大，仅能吸收紫外光，限制了其在可见光区域的应用。

因此，通过掺杂改性，尤其是氮掺杂，能有效地提高TiO2的可见光吸收能力，从而扩展其应用领域。

本文将详细讨论氮掺杂二氧化钛的制备方法及其性能。

二、制备方法1. 溶胶-凝胶法：通过溶胶-凝胶法制备氮掺杂二氧化钛是常见的方法之一。

首先将适量的钛酸四丁酯和氨水溶液混合，形成透明溶液。

随后，在搅拌条件下将溶液水热处理，使其形成凝胶。

最后，将凝胶进行干燥和煅烧处理，得到氮掺杂二氧化钛。

2. 气相沉积法：气相沉积法是另一种制备氮掺杂二氧化钛的方法。

该方法需要使用金属有机化合物和氨气作为原料气体。

首先，金属有机化合物和氨气在高温下反应，生成氮掺杂二氧化钛的前驱体。

然后，前驱体在低温条件下进行热解，得到氮掺杂二氧化钛薄膜。

三、性能研究1. 光催化性能：氮掺杂二氧化钛具有优异的光催化性能。

研究表明，在可见光照射下，氮掺杂二氧化钛能够有效分解有机污染物，如甲基橙、罗丹明B等。

由于氮掺杂引入了新的能级，提高了光生载流子的分离效率，从而提高了光催化活性。

2. 光电化学性能：氮掺杂二氧化钛可用于制备高效的光电化学电池。

研究发现，经过氮掺杂的二氧化钛在阳极材料中应用于染料敏化太阳能电池，其光电转换效率明显提高。

氮掺杂引入的能级有利于电子的传输和被捕获，从而增强了光电流的产生。

3. 可见光吸收能力：纯TiO2只能吸收紫外光，因此其在可见光区域的利用率较低。

通过氮掺杂，TiO2的禁带宽度缩小，能够吸收可见光，从而提高了材料在可见光区域的利用效率。

四、应用展望氮掺杂二氧化钛具有广泛的应用前景。

一方面，其在环境领域中可以应用于水处理、空气净化等方面；另一方面，其在能源领域中可以用于制备高效光电化学电池、染料敏化太阳能电池等。

直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜的光响应1简介二氧化钛（TiO2）是一种广泛应用于太阳能电池、光催化和水处理等领域的半导体材料。

为了提高其性能，制备高质量的TiO2薄膜是重要的研究方向之一。

直流反应磁控溅射法（DC Reactive Magnetron Sputtering）是一种制备高质量TiO2薄膜的有效方法。

本文将重点介绍二氧化钛薄膜使用该方法制备后的光响应性能。

2直流反应磁控溅射法制备二氧化钛薄膜直流反应磁控溅射法是一种常见的化学气相沉积方法，能够生长具有高结晶度、低缺陷密度和优异光学性能的TiO2薄膜。

其制备过程中，较稳定的Ti目标与氧气混合气体在反应腔室内相互作用，形成一层致密的TiO2薄膜。

通常，在300至400°C的温度下进行制备。

通过改变反应气氛中的含氧量和反应温度等条件，可以控制TiO2薄膜的结构和光学性能。

3二氧化钛薄膜的光响应性能二氧化钛薄膜在光学和光电学领域中具有广泛的应用。

在制备的二氧化钛薄膜中，晶体的晶格常数、晶体结构和晶体缺陷对其光学性能影响显著。

TiO2薄膜中纤锌矿型与金红石型之间的转变会影响其吸收能力和能带结构，因此会进一步影响薄膜的光电性能。

经过实验观察发现，通过直流反应磁控溅射法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。

在紫外可见光谱和X射线衍射图样分析中，可以明显观察到样品具有非常强的吸收能力，证明了制备出的薄膜具有良好的电导性和阳极化单元。

4结论综上所述，直流反应磁控溅射法是制备Titanium dioxide（TiO2）薄膜的一种有效方法。

经过该方法制备的TiO2薄膜具有良好的光响应性能。

未来的研究可以针对制备方法进行深入研究，以进一步提升TiO2薄膜的性能。

TIO2光阳极的制备及其在染料敏化太阳能电池中的应用引言随着环境保护和可再生能源的重要性日益凸显，染料敏化太阳能电池（D SS Cs）作为一种颇具潜力的太阳能转换技术受到了广泛关注。

而光阳极作为D SS Cs中的关键组成部分之一，对电池性能发挥着重要影响。

本文将重点介绍TI O2光阳极的制备方法及其在DS SC s中的应用。

TIO2光阳极的制备方法溶胶凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备T IO2光阳极的方法。

该方法通过控制溶胶的成分和制备条件，可以得到具有较大比表面积和优良孔结构的T I O2膜。

具体步骤如下：1.首先，将适量的钛酸四丁酯（TB OT）加入有机溶剂中，形成透明的溶胶。

2.在搅拌的同时，缓慢加入一定量的醋酸，调节溶胶的p H值。

3.继续搅拌数小时，使得溶胶中的成分充分溶解和混合。

4.然后，将溶胶进行热处理，通常采用烘箱干燥或水热法。

5.最后，经过退火处理，得到结晶完备、高质量的T IO2膜。

水热法水热法是另一种常用的制备T IO2光阳极的方法。

该方法通过利用水热条件下的高温和高压环境，促使TI O2的晶体生长，得到晶体尺寸较大的T IO2膜。

具体步骤如下：1.首先，将适量的钛酸丁酯（T B T）加入水溶液中，形成透明的溶胶。

2.在搅拌的同时，缓慢加热溶液，使其达到一定温度。

3.继续加热并保持一定压力，使溶液处于水热状态。

4.在一定时间内进行反应，促使TI O2的晶体生长。

5.最后，用冷却水迅速冷却，得到晶体尺寸较大且具有良好结晶性质的T IO2膜。

TIO2光阳极在染料敏化太阳能电池中的应用T I O2光阳极作为D SS C s的关键组成部分，对电池的光吸收、电子传输和电荷注入等过程起着重要作用。

其在染料敏化太阳能电池中的应用主要体现在以下几个方面：光吸收和光散射T I O2光阳极具有优异的光吸收和光散射特性，可以最大限度地提高光电转换效率。

由于TI O2具有较宽的带隙，可以吸收可见光和紫外光，使得光的利用率更高。

影响溶胶—凝胶法制备TiO2薄膜的因素及改性途径自从1972年Fujishima和Honda发现在光电池中TiO2单晶光分解水后，TiO2的光催化性能成为人们的研究热点，TiO2由于具有强氧化性、耐酸碱性好、化学性质稳定、无毒性等优点成为当前最有应用潜力的一种光催化剂。

但由于粉末型TiO2光催化剂存在分离困难、易团聚和不易回收等缺点，所以常常将TiO2光催化剂制成薄膜。

制备TiO2薄膜的方法主要有：化学气相沉积法、磁控溅射法、溶胶-凝胶法[4、5]和液相沉积法等，其中，以溶胶-凝胶法较常见。

本文对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的影响因素及改性等方面进行介绍，并对近年来采用溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜在光催化领域中的应用等进行综述和展望，期望对TiO2光催化材料的研究与开发起到一定的帮助。

2 溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的工艺及优缺点溶胶-凝胶法一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶；然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的载体表面；最后经干燥煅烧，在载体表面形成一层薄膜。

溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜包括以下步骤：（1）金属盐水解；（2）胶溶；（3）陈化；（4）浸涂；（5）干燥；（6）煅烧。

Sol-Gel 法制备负载型TiO2具有以下优点：1）高度均匀性，对多组分其均匀度可达分子或原子级；2）可降低烧结温度；3）化学计量比较准确，易于掺杂改性；4）工艺简单，易推广。

但是溶胶-凝胶法多采用钛的醇盐为原料，成本较高，而且通过钛酸丁酯的水解和缩聚而形成溶胶的过程中涉及大量的水和有机物，所制备的TiO2薄膜在干燥过程中容易引起龟裂，这都需要进一步研究和改进。

3 影响溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜的因素溶胶-凝胶法制膜的关键在于溶胶的配制，为了使衬底上的溶胶膜能迅速水解而得到具有一定厚度的透明薄膜，溶胶的配制应使成膜物质、溶剂、有机交联剂和催化剂之间的比例达到最佳，这样才能制备出高质量的薄膜。

纳米TiO2的应用与制备的研究进展李俊（中南大学化学化工学院应化0903班）摘要本文主要介绍了纳米TiO2的制备方法的现阶段进展，从物理法，化学法，新型合成方法三方面介绍了国内外的研究进展，同时综述了纳米TiO2在传感器材料，催化剂载体，光催化剂、太阳能电池原料和紫外线添加剂等方面的应用。

关键词纳米粉体 TiO2化学法应用综述1.前言纳米技术是当今世界的研究前沿。

纳米级的TiO2因其化学性高、分散性好、吸收紫外线能力强等，广泛用于化工、涂料、塑料、橡胶、纤维、造纸、油墨、搪瓷、电子等行业。

对其研究比较深的主要有传感器材料、催化剂载体、光催化剂、处理水和空气中的污染物、杀菌、太阳能电池原料以及通过贵金属沉积、离子掺杂、染料敏化、半导体复合等方法来改变其光学性质这几方面。

TiO2俗称钛白粉，无毒、无味、无刺激性、热稳定性好。

其晶相结构有四种：金红石（Rutile）、锐钛矿（Anatase）、板钛矿（Brookite）和无定形，其中以金红石型和锐钛矿型TiO2应用最为广泛[1]。

这两种晶型的TiO2硬度、密度、折光指数、光催化活性等都有所不同、两种晶型的相对含量对产品性能有较大的影响。

本文主要介绍纳米TiO2的制备和其应用的研究进展。

2.纳米TiO2的应用研究2.1 传感器材料TiO2作为敏感材料，制成传感器可检测H2、CO等可燃性气体和氧气。

特别是用作汽车尾气传感器，通过测定汽车尾气的氧含量，可以控制汽车发动机的效率。

目前研制的电阻型TiO2半导体氧传感器，以其体积小、结构简单、价格便宜而受到人们的关注[2]。

中南大学的李赛[3]将尿素酶(urease)固载于不同粒径(5nm，25nm，2.4 p m)的TiO2膜上，在350℃，pH为7的条件下采用电位法研究吸附在纳米多孔Ti02上的尿素酶的活性变化。

在钛丝基体上沉积一层纳米TiO2多孔膜，然后直接将尿素酶吸附在Ti02膜上。

基于Ti02膜的pH响应，发展了一种廉价的、易于微型化的pH敏尿素酶传感器。