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本文通过溶胶-凝胶法和蒸发诱导自组装法,采用浸渍.提拉法在普通玻璃片上制备超亲水避光保持性TiO2改性膜。考察了化学改性法和物理改性法对TiO2超亲水避光保持性的影响。以水滴接触角表征薄膜亲水性,采用XRD、SEM、AFM、XPS、PL、TG等测试方法表征TiO2薄膜的微观性能,建立成分-结构-性能间的关系,初步探讨TiO2薄膜避光超亲水性丧失的因为。通过本文的研究工作,主要得出如下结论:
1.锐钛矿型比金红石型TiO2具有更好的超亲水避光保持性,掺杂Fe、Cr、Co降低薄膜带隙能和光生电子、空穴的复合率,TiO2薄膜避光超亲水性也有所提高。其中Co／TiO2薄膜的超亲水避光保持性最佳。
2.选择PEG400和PEG2000作为改性高分子添加剂制备了不同表面粗糙度的TiO2薄膜,并考察了两种分子量复合制备的薄膜的超亲水避光保持性。AFM表征显示,三种复合方式均提高了TiO2薄膜表面粗糙度,TiO2薄膜避光超亲水性随表面粗糙度增加而提高。其中复合方式-1薄膜的表面粗糙度较大,达到2.4562 nm,薄膜超亲水避光保持性优于其他薄膜。
3.通过控制焙烧温度,调节原料配比水解比H、抑制比p、TiO2与模板剂比s值控制合成介孔TiO2薄膜。考察了介孔TiO2对薄膜超亲水避光保持性的影响。在所制备孔径范围内,TiO2薄膜超亲水避光保持性随焙烧温度的升高而降低,随孔径增大而提高。当焙烧温度为350℃,H=15,p=2,s=188时,所制备的TiO2薄膜孔径最大,为10.2 nm,薄膜超亲水避光保持性较优,避光12 h后,接触角仍仅为4.30°。
4.通过将化学改性与物理改性结合发现,粗糙表面-Co掺杂组合提高薄膜超亲水避光保持性。而介孔结构-Co掺杂组合并未提高薄膜超亲水避光保持性。
5.掺杂Co元素,降低TiO2薄膜粒径,提高表面粗糙度,增大介孔孔径,能够提高TiO2薄膜避光超亲水保持性。提高光催化活性有利于提高TiO2薄膜避光亲水性。TiO2薄膜超亲水避光保持性丧失的因为可能是表面羟基组复合和有机污染物吸附两个方面共同影响的结果。