论文摘要
TiO2是一种重要的宽禁带半导体材料,主要有3种晶型,即金红石、锐钛矿和板钛矿结构,其中金红石和锐钛矿属四方晶系,板钛矿属正交晶系。自从1972年发现TiO2电极在光照下可以分解水以来,TiO2以其光催化性和光致亲水性在有机污染物光降解和自清洁方面得到广泛的研究和应用。TiO2薄膜光催化剂具有易回收、无毒、低成本、高效、杀菌、除臭及抗腐蚀等特点,使之在空气净化、污水处理、自洁和防雾等方面有着广阔的应用前景。本论文将纳米TiO2与铝板联系起来,在铝板表面制备了纳米TiO2薄膜,在不损失铝板原有性能的基础上,得到了兼有光催化和自清洁功能的金属铝复合材料。由于传统的方法多涉及高温转晶过程,需要经过400℃以上的高温热处理。而高温热处理工业化成本高,同时也限制了基板的选择。考虑到铝板的耐热性,作者深入研究了铝板表面低温制备TiO2的薄膜技术,对TiO2在污水处理和空气净化领域的实用化具有重要的现实意义。本文着重发展了TiO2薄膜的低温制备技术,分别采用溶胶-凝胶法,过氧钛酸法和热液法三种方法在铝板表面低温制备了纳米TiO2薄膜,分别采用SEM、UV-Vis、XRD、XPS、FT-IR、Raman等手段对薄膜样品进行表征,并测试了这三种不同方法制备TiO2薄膜的光催化活性和光致亲水性,为实现铝基板表面制备TiO2薄膜工业化提供理论基础。主要研究内容及成果如下:1.溶胶-凝胶法直接制备的TiO2薄膜是无定形的,通过对不同基底的薄膜样品在450℃条件下退火处理后得到了锐钛矿型TiO2薄膜。研究发现不同基底光催化活性存在很大的差异,通过XPS深度分析薄膜中各元素的原子状态及其分布,得到不同基底界面扩散规律,指出界面扩散直接导致薄膜光催化活性的差异,并从结晶理论和电子迁移角度解释了这一现象。基板随着层数的增加,光催化效率有所增加,6层膜以后亚甲基蓝的光降解率就基本不发生变化,达到了一个最佳厚度。2.采用过氧钛酸法和热液法,通过优化工艺参数,分别在温度低于100℃的条件下分别制得了具有锐钛矿晶型的TiO2水溶胶,在铝板上拉膜直接得到锐钛矿型TiO2薄膜,本论文系统研究了薄膜表面形貌及结构和不同层数TiO2薄膜的光降解亚甲基蓝溶液的性质,结果表明4层膜以后亚甲基蓝的光降解率就基本不发生变化,达到了一个最佳厚度。同时也分别考察了两种方法制备的TiO2薄膜的光致亲水性。3.以上三种方法相比较,可以得出,溶胶-凝胶法由于界面扩散的存在具有很强的牢固性,所制备的TiO2薄膜具有较好的光催化活性和光致亲水性。缺点是需要400℃以上的高温处理薄膜才具有光催化活性,成本较高;过氧钛酸法工艺复杂,消耗大量的水,所制备的TiO2薄膜牢固性一般,光催化活性和光致亲水性也一般,优点是不需要额外的热处理;热液法所制备的TiO2薄膜牢固性最差,光催化活性和光致亲水性也最差,优点是工艺简单,不需要额外的热处理。
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中文摘要Abstract第一章 绪论2 光催化剂的发展及其特性'>1.1 TiO2光催化剂的发展及其特性2 光催化剂的发展'>1.1.1 TiO2光催化剂的发展2 的光催化性'>1.1.2 TiO2的光催化性2 的光致亲水性'>1.1.3 TiO2的光致亲水性2光催化基本原理'>1.2 纳米TiO2光催化基本原理1.2.1 光催化机理1.2.2 光催化反应的动力学理论2 薄膜的固定'>1.3 纳米TiO2薄膜的固定1.3.1 载体1.3.2 固定化温度2 薄膜的负载方法'>1.3.3 TiO2薄膜的负载方法2光催化剂的改性'>1.4 纳米TiO2光催化剂的改性1.4.1 半导体光催化剂的改性原理2 光催化剂的改性方法'>1.4.2 纳米TiO2光催化剂的改性方法1.4.3 光催化剂的发展方向2 光催化技术的应用'>1.5 TiO2光催化技术的应用2 光催化技术在废水处理中的应用'>1.5.1 TiO2光催化技术在废水处理中的应用2 光催化技术在空气净化中的应用'>1.5.2 TiO2光催化技术在空气净化中的应用2光催化技术在抗菌方面的应用'>1.5.3 TiO2光催化技术在抗菌方面的应用2 光催化技术在除臭方面的应用'>1.5.4 TiO2光催化技术在除臭方面的应用2 光催化技术在超亲水方面的应用'>1.5.5 TiO2光催化技术在超亲水方面的应用2 的应用所存在的问题'>1.6 纳米TiO2的应用所存在的问题1.6.1 光催化活性有待继续提高2 负载化'>1.6.2 有机材料上的TiO2负载化1.6.3 玻璃表面的TiO 2薄膜涂覆1.6.4 废水处理方面1.6.5 光催化性能的稳定性1.6.6 分散技术对涂料领域的影响1.6.7 缺乏光催化剂性能评价标准1.7 本课题选择的目的及意义1.8 论文的内容简介参考文献第二章 实验原料与表征测试方法2.1 实验原料2.2 实验表征方法参考文献2 薄膜及其性能研究'>第三章 Sol-gel法在铝板表面制备TiO2薄膜及其性能研究3.1 引言3.2 实验3.2.1 实验原理3.2.2 样品制备3.3 实验结果及讨论2 薄膜的Raman光谱'>3.3.1 TiO2薄膜的Raman光谱3.3.2 X 射线衍射分析2 薄膜的形貌观察和深度剖析'>3.3.3 TiO2薄膜的形貌观察和深度剖析2 薄膜光催化性能的研究'>3.3.4 TiO2薄膜光催化性能的研究3.3.5 亲水性能的测试及结果3.3.6 UV-Vis 吸收光谱3.4 本章小结参考文献2 薄膜及其性能研究'>第四章 过氧钛酸法在铝板表面低温制备TiO2薄膜及其性能研究4.1 引言4.2 实验4.2.1 实验原理4.2.2 样品制备4.3 实验结果及讨论4.3.1 TiO 2溶胶的颗粒分布4.3.2 X 射线衍射分析2 粉体的红外光谱分析'>4.3.3 TiO2粉体的红外光谱分析4.3.4 TiO 2薄膜的显微结构分析4.3.5 TiO 2薄膜的光催化性能研究4.3.6 亲水性能测试及结果4.3.7 UV-Vis 吸收光谱4.4 本章小结参考文献2 薄膜及其性能研究'>第五章 热液法在铝板表面低温制备TiO2薄膜及其性能研究5.1 引言5.2 实验5.2.1 实验原理5.2.2 样品制备5.3 实验结果及讨论2 溶胶的优化'>5.3.1 TiO2溶胶的优化2 粉体的DSC分析'>5.3.2 TiO2粉体的DSC分析2 粉体的红外光谱分析'>5.3.3 TiO2粉体的红外光谱分析2 粉体的X R D 分析'>5.3.4 TiO2 粉体的X R D 分析2 薄膜的显微结构分析'>5.3.5 TiO2薄膜的显微结构分析2 薄膜的光催化性能研究'>5.3.6 TiO2薄膜的光催化性能研究5.3.7 亲水性能测试及结果5.3.8 UV-Vis 吸收光谱5.4 本章小结参考文献第六章 结论和展望6.1 结论6.2 展望作者攻读硕士学位期间发表与交流的论文致谢
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