纳米TiO2薄膜的制备及光催化性能研究

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半导体TiO2作为一种光催化材料,因其光催化活性高、物理化学性质稳定、无毒环保等优点被应用在环保领域、建筑领域等。TiO2是一种白色粉末,TiO2粉末有其自身的缺点,虽然光催化效率高,但在水中易团聚、不易回收、易造成二次污染等又限制了 TiO2的广泛应用,因此如何固定TiO2粉末并提高其光催化性能是本文的研究重点。本文首先介绍了制备纳米TiO2薄膜的研究背景、意义和方法,综合对比各种制备方法并结合实验室现有条件,最终选用溶胶-凝胶法利用匀胶机旋涂来制备纳米TiO2薄膜,制备过程中重点对溶胶体系做了研究,最终确定了溶胶体系为 Ti(OC4H9)4-EtOH-HCl-H2O-EC,各试剂用量分别为 20ml、50ml、5ml、10ml、0.2g,水解温度为25℃,首次尝试在溶胶中加入乙基纤维素(EC)来增加溶胶的粘稠度,首次使用镜面玻璃作为基底,最终成功制备了旋涂均匀、开裂较少的纳米TiO2薄膜,光催化降解率达到了 27.81%。其次研究制备了纳米TiO2多孔薄膜,通过在溶胶中添加成孔剂PEG1000来实现薄膜多孔,研究发现纳米TiO2多孔薄膜对甲基橙溶液的降解率比相同条件下的纳米TiO2薄膜提高了 32.96%,借助扫描电镜(SEM)观察不同PEG添加量的样品微观形貌,发现随着PEG添加量增多,薄膜中的TiO2分布越疏松,但光催化实验结果显示PEG添加量为1.5g时,光催化效率最高。同时研究了掺Fe离子纳米TiO2薄膜,通过在溶胶中添加硝酸铁九水来实现Fe离子掺杂,XRD结果显示,溶胶-凝胶法掺Fe离子降低了锐钛矿向金红石型的转变温度,光催化效率最高的退火温度为450℃,光催化效率也提高了 48.08%。最后研究制备了掺Fe离子纳米TiO2多孔薄膜,首次将PEG和Fe离子共掺成功制备出了掺Fe离子纳米TiO2多孔薄膜,不仅固定了二氧化钛,细化了晶粒、而且增大了薄膜的孔隙率、降低了二氧化钛的禁带宽度,光催化效率整体提高了 67.49%。
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