论文摘要
纳米TiO2以其光化学性质稳定、无毒、价廉、催化活性高等优点，在治理污水、净化空气、自清洁、杀菌等方面得到广泛的应用。而TiO2薄膜光催化剂以其易回收、可重复利用等优点已成为该领域的研究热点之一。但是，纳米TiO2薄膜光催化剂耐热性能差，致使TiO2薄膜煅烧温度较低（≤600℃），在基体上的附着力较差，显著降低了纳米TiO2薄膜的使用寿命，制约了其在诸多领域的应用。本文从提高纳米TiO2薄膜耐热性能和附着力出发，采用纳米复合技术，分别以La2O3、SiO2、Al2O3-SiO2为复合相，采用溶胶-凝胶法，在釉面陶瓷片上制备了系列TiO2复合薄膜，综合考察了薄膜中TiO2纳米晶的颗粒生长、晶型转化等过程和薄膜光催化性能及附着力。为避免基体本身对薄膜中纳米TiO2光催化活性的影响，分别选择了纳米SiO2薄膜和纳米Al2O3薄膜进行了底膜种类选择实验。结果表明，以纳米SiO2膜为底膜的TiO2薄膜出现杂色现象，而以纳米Al2O3膜为底膜的TiO2薄膜无杂色现象，且较平整。故实验采用纳米Al2O3薄膜为底膜。复合La2O3后的TiO2薄膜样品，800℃煅烧后，TiO2纳米晶均为锐钛矿（75.92％～87.18％）占主导的混晶结构；随着La2O3复合量的增加，TiO2晶粒粒径出现减小的趋势，而锐钛矿的含量先增加后减少；当La2O3／TiO2摩尔比为0.5％时，TiO2中锐钛矿相的含量最高。预涂4层Al2O3底膜的3层La2O3／TiO2薄膜（La2O3／TiO2摩尔比为0.5％），850℃煅烧后膜层致密且无微裂纹出现，附着力较好，且具有良好的光催化活性，对亚甲基兰溶液的降解率达95.72％。复合SiO2后的TiO2薄膜样品，1000℃煅烧后，TiO2纳米晶均为锐钛矿（质量分数73.8％～97.8％）占主导的混晶结构，且TiO2的粒径较小，为30nm左右；当SiO2／TiO2摩尔比为0.1时，锐钛矿所占质量分数最高为97.8％。复合SiO2既明显提高了TiO2由锐钛矿相向金红石相的转变温度，又阻止了TiO2晶粒的生长，即较好地提高了纳米TiO2薄膜的耐热性。预涂有4层Al2O3底膜的2层SiO2／TiO2薄膜（SiO2／TiO2摩尔比为0.1），经1000℃煅烧后其光催化活性最佳，且与釉面陶瓷片的附着力最好。按Al∶Si∶Ti摩尔比0.5∶1∶10制备的纳米TiO2复合薄膜，1050℃煅烧后，TiO2纳米晶为单一锐钛矿结构，粒径约为28.77nm；1150℃煅烧后仍为锐钛矿占主导的混晶结构，锐钛矿约占87.1％，粒径约为32.8nm。TiO2纳米晶的相变和晶粒生长进一步得到抑制。但是由于在1050～1150℃煅烧，陶瓷表面釉料熔化，部分TiO2薄膜融入到釉料中，导致TiO2复合薄膜的光催化活性较低。