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。

苏州科技大学材料科技进展化学生物与材料工程学院材料化学专业题目：纳米二氧化钛的制备及光催化*名：**学号：**********指导老师：***起止时间：5月20日——6月8日纳米二氧化钛的制备及光催化吕岩（苏州科技学院，化学与生物工程材料学院，江苏，苏州，215009）摘要:纳米二氧化钛是种重要的纳米材料，其在众多领域有着广泛的应用。

本文主要介绍纳米二氧化钛的多种制备方法，包括化学气相法(化学气相沉积法、化学气相水解法等)、液相法( 溶胶凝胶法、沉淀法、水热合成法等)两大类,并分析了各种工艺的优劣。

并介绍纳米二氧化钛光催化反应原理,基本方法,影响因素,及其广泛的应用。

通过介绍纳米二氧化钛的制备及光催化的研究，更深刻理解其在生产生活中应用。

关键词：纳米TiO2，制备方法，光催化.The study on preparation of nanometer TiO2 and photocatalyticLv Yan(University of Science and Technology of Suzhou,School of Chemical and Biological Engineering Materials,Jiangsu,Suzhou,215009) Abstract: A s an important nanomaterial nanometer TiO2 has wide app lications in many fields, such as environmental production. Preparation methods of nanomaterial TiO2w ere briefly summarized, including chemical gas phase method( CVD and chem ical gas phase hydro lysis method etc. ) and liquid phase method( sol- gelmethod, precipitation method, hydrothermal synthesismethod etc. ). The advan tages and disadvanges o f everym ethod w ere analyzed. Introduce nano TiO2reaction principle, basic method, influence factors, and its wide application. Through the introduction of the preparation of nano TiO2 research, a deeper understanding of its application in the production and living.Key words: nanometer T iO2; preparation method, photocatalysis引言：纳米二氧化钛是一种新型的光催化无机功能材料，由于其粒径在1~ 100 nm 之间, 具有粒径小、比表面积大表面活性高、分散性好等特点, 表现出独特的物理化学性质。

《纳米材料导论》课程报告题目：纳米TiO2的制备方法与应用学生姓名：李玉海学生学号：2010130101025纳米TiO2的制备方法与应用摘要：综述了纳米二氧化钛材料的制备及应用，论文主要根据二氧化钛的表征及性能，深入地讨论了纳米二氧化钛材料的一些制备方法及应用。

从物理法和化学法、或从液相法和气相法，详细地概述了二氧化钛粉体制备。

在诸多性能的分析下，二氧化钛纳米材料在空气净化、废水处理、杀菌消毒、化妆品、涂料、塑料中的应用等方面起到了实际作用。

在写作过程中，本文通过查找各种关于纳米材料以及有关纳米科技的书籍和文献进行论述，充分体现了纳米材料在生活中的应用。

关键词：纳米二氧化钛制备应用前景1. 纳米TiO2的概述钛的氧化物——二氧化钛，是雪白的粉末，是最好的白色颜料，俗称钛白。

以前，人们开采钛矿，主要目的便是为了获得二氧化钛。

钛白的粘附力强，不易起化学变化，永远是雪白的。

特别可贵的是钛白无毒。

它的熔点很高，被用来制造耐火玻璃，釉料，珐琅、陶土、耐高温的实验器皿等。

具有独特的光催化性、优异的颜色效应以及紫外线屏蔽等功能,在光纳米TiO2催化剂、化妆品、抗紫外线吸收剂、功能陶瓷、气敏传感器件等方面具有广阔的应用前景。

1.2纳米TiO2的制备方法纳米TiO2在光催化领域具有举足轻重的地位，因此制备高光催化性能的纳米TiO2一直也是光催化研究的重点内容。

纳米TiO2的制备方法大致可以分为气相法和液相法。

1.2.1气相法气相法是正在开发的一种优良方法，多用于制备纳米级别的粒子或薄膜，该法是使用钛卤化物、钛有机化合物等在加热条件下挥发，经气相反应使生成物沉淀下来。

气相法合成纳米Ti02颗粒具有纯度高、粒度细、分散性好、组分易于控制等优点。

但是气相法由于受能耗大、设备复杂、产品生产成本高、对设备材质及工艺过程要求高等条件限制，在我国要实现工业化生产，还要解决设备材质及一系列制备的工程技术问题。

1.2.2液相法液相法是选择可溶于水或有机溶剂的钛盐，使其溶解并以粒子或分子状态混合均匀，再选择一种合适的沉淀剂或采用蒸发、结晶、升华、水解等过程，将钛离子均匀沉淀后结晶出来，再经脱水或热分解制得粉体。

光催化剂二氧化钛的用途光催化剂二氧化钛（TiO2）是一种具有独特催化活性的材料，被广泛应用于环境净化、能源转化、废水处理、自清洁功能等领域。

以下将详细介绍二氧化钛的用途。

首先是在环境净化中的应用。

光催化剂二氧化钛能吸收紫外光，并产生电子－空穴对。

这些电子－空穴对具有高度的氧化还原能力，可以应用于空气净化，特别是有害气体的去除。

二氧化钛在紫外光的激发下，可以氧化大部分的有机物和气体污染物，如甲醛、苯、甲苯等。

此外，二氧化钛还能催化分解有害气体，如二氧化硫和一氧化氮等，将它们转化为无毒或低毒的物质。

因此，二氧化钛被广泛应用于空气净化设备、自动空气净化器等环境净化设备中。

其次是在能源转化中的应用。

光催化剂二氧化钛具有光电化学活性，可以将光能转化为电能或化学能，因此在能源转化领域具有广泛的应用前景。

例如，二氧化钛可以作为光阳极应用于太阳能电池，将光能直接转化为电能供给电子设备。

此外，二氧化钛还可以作为光催化剂应用于光电分解水制氢，通过光解水反应将水分解为氢气和氧气，从而实现可再生能源的生产。

这些应用有望为解决能源危机和环境问题提供新的解决方案。

再次是在废水处理中的应用。

光催化剂二氧化钛在可见光照射下也具有催化活性，因此可以应用于废水处理领域，特别是对有机物的降解和去除。

二氧化钛在光照下可产生大量的活性氧物种，如羟基自由基（·OH），这些物种具有强氧化能力，可以降解有机物质，如染料、农药和有机废水等。

此外，二氧化钛还具有杀菌作用，可以有效去除水中的微生物和细菌。

因此，二氧化钛被广泛应用于废水处理设备、水处理工艺等领域。

最后是在自清洁功能中的应用。

光催化剂二氧化钛具有超级疏水和自清洁功能，可以被用于制备自清洁表面材料。

当二氧化钛表面接触到水或有机物时，水或有机物会在其表面形成一层薄膜，这种薄膜可以通过光催化反应迅速分解。

这种自清洁功能可以使表面保持干净和光亮，减少人工清洁的次数和成本。

因此，二氧化钛在建筑材料、玻璃等表面覆盖领域具有广泛的应用前景。

二氧化钛的光催化性能及其应用作者姓名秦幸海学号************专业无机非金属材料指导教师姓名王峰目录摘要 (3)第一章二氧化钛的性能 (3)1.1二氧化钛的结构 (3)第二章反应机理 (4)2.1光催化反应机理 (4)2.2杀菌机理 (5)2.3光催化活性的影响因素 (5)第三章二氧化钛催化剂的应用 (7)3.1在空气净化方面的应用 (7)3.2在水处理方面的应用 (7)3.3在其它方面的应用 (8)第四章结束语 (9)摘要二氧化钛是一种应用广泛的半导体材料，它因成本低、稳定性好、对人体无毒性，并具有气敏、压敏、光敏以及强的光催化特性而被广泛应用到传感器、电子添料、油漆涂料、光催化剂以及其它化工原料等[1-3]，国内外很多科技工作者投身到二氧化钛的研究开发之中，每年都有大量论文报道。

80年代末以来人们在纳米二氧化钛的制备工艺和性能研究方面做了大量工作。

特别是在利用二氧化钛光催化降解污水等方面取得了一定成果，本文就二氧化钛在光催化方面的研究现状做分析，并就其应用前景的提出几点看法。

关键词：二氧化钛光催化性能应用第一章二氧化钛的性能1.1二氧化钛的结构二氧化钛，俗名为钛白粉，有3种晶型：锐钛矿型(Anatase，简写为A )、金红石型(R utile简写为R ) 和板钛矿型，三者在自然界中都存在。

其中, 板钛矿型在自然界中很稀有,属斜方晶系,是不稳定的晶型,因而没有工业价值。

但是锐铁矿和金红石相在自然界普遍存在，在光催化领域有广泛的应用。

金红石和锐钛矿两者均为四方晶系,晶型结构均可由相互衔接的Ti06八面体表示。

两者的差别在于八面体的畸变程度和八面体间相互衔接的方式不同,如图1所示。

在金红石相中,晶体结构表现为氧离子近似六方最紧密堆积,钛离子位于变形的八面体空隙中,构成[Ti06]八面体,铁离子的配位数为六,氧离子的配位数为三,[Ti06] 配位八面体沿C轴共棱成链状排列,链间由配位八面体共角顶相连,Ti06八面体有稍微的畸变,金红石型中每个八面体与周围10个八面体相连(其中两个共边, 八个共顶角),而锐铁矿型中每个八面体与周围8个八面体相连(四个共边,四个共顶角) 。

二氧化钛的制备\原理及应用摘要：自从1972年Fujishima和Honda利用二氧化钛单晶电极光分解水以来，科学家们对光催化反应进行了大量的研究[1]。

在污水和空气的净化中得到了应用。

本文通过研究了溶胶-凝胶法制备二氧化钛，二氧化钛在不锈钢网上的负载以及其光催化消毒杀菌作用，探讨了二氧化钛光催化消毒杀菌的一般机理和在各种影响因素。

关键词：溶胶-凝胶法二氧化钛实验Abstract: Since Fujishima and Honda decomposed water with titanium oxide single crystal electrodes light in 1972, scientists have conducted a large number of researches on photocatalytic reaction which has been applied in purification of sewage and air. Based on studying producing titanium dioxide with the sol –gel method, and the net load and its role of photocatalytic disinfection sterilization in stainless steel, the paper explores the general mechanism and various influencing factors of the photocatalytic disinfection of titanium dioxide.Key words: sol - gel method; titanium dioxide; experiment一、实验原理1溶胶-凝胶法制备纳米TiO2的机理[4]溶胶-凝胶法最主要的物理化学过程就是由金属醇盐的醇溶液向溶胶和凝胶转变所发生的水解和缩聚反应。