摘 要

工业化的脚步缓慢的伸向地球的每一个角落，环境污染问题日益尖锐，污染处理问题已经成为现代化不得不考虑和重视的问题。利用光催化技术降解污染物是一种比较有效的方法。TiO₂是一种功能材料，因其性能优异。成为催化领域的一大热点。

本实验采用液相沉积法（LDP）在载玻片上制备二氧化钛薄膜，并研究了沉积温度、氟钛酸铵与硼酸的浓度比、沉积时间、添加剂的使用、煅烧方式的不同对形成二氧化钛薄膜的形貌、颗粒大小以及光催化性能的影响。结果如下：沉积温度35℃、氟钛酸铵与硼酸的浓度比为1:3、沉积24h于载玻片上形成较为均匀致密的二氧化钛薄膜；添加表面活性剂聚乙二醇的使用能能较为显著的改善表面颗粒状况使其颗粒大小均匀表面平整；300℃下热处理2h能显著改善其光催化性能；硅的掺杂浓度为5%时可以显著的改善其光催化性能。

关键词：光催化 二氧化钛薄膜 液相沉积法

Abstract

The slow pace of industrialization is reaching every corner of the earth, and the problem of environmental pollution is becoming increasingly acute. The problem of pollution treatment has become a problem that modernization has to consider and pay attention to. The use of photocatalytic degradation of pollutants is a more effective method. TiO2 is an inorganic functional material because of its excellent performance. Become a hot spot in the field of catalysis.

In this study, titanium dioxide films were prepared on glass slides by liquid phase deposition (LDP). The deposition temperature, the concentration ratio of ammonium fluorotitanate and boric acid, the deposition time, the use of additives and the different calcination methods were studied. Morphology, particle size and photocatalytic performance. The results were as follows: the deposition temperature was 35 ℃, the concentration ratio of ammonium fluorotitanate to boric acid was 1: 3, and the titanium dioxide film was formed on the slides with 24 hours. The use of polyethylene glycol was more significant The photocatalytic performance of the surface was improved by heat treatment at 300 ℃ for 2h, and the photocatalytic performance of the silicon was significantly improved when the doping concentration of silicon was 5%.

Key words: Photocatalysis Titanium dioxide film Liquid deposition method

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2二氧化钛催化结构及原理概述 1

1.2.1 TiO₂晶体结构 1

1.2.2 TiO₂催化原理 2

1.3 TiO2薄膜的制备方法 4

1.3.1液相法 5

1.3.2气相法 6

1.3.3电化学方法 7

1.4 掺杂态纳米TiO2的制备方法 7

1.4.1 溶胶-凝胶法 7

1.4.2 沉淀法 8

1.4.3浸渍法 8

1.4.4 水热法 8

1.4.5 其他方法 8

1.5 本章小结 8

第二章 研究目的、内容及方法 9

2.1研究目的 9

2.2研究内容 9

2.3 实验流程设计 9

2.4 实验药品及设备 10

2.4.1实验药品 10

2.4.2实验仪器 10

2.5 实验步骤 11

2.5.1 载体的处理 11

2.5.2二氧化钛薄膜的制备 11

2.6表征方法 11

2.6.1 X-射线粉末衍射分析 11

2.6.2 偏光显微镜 11

2.6.3扫描电子显微镜测试 12

2.6.4光催化性能测试 12

第三章 薄膜的最佳制备条件 13

3.1温度及时间对薄膜制备的影响 13

3.2反应溶液硼酸与氟硅酸铵的浓度配比 14

3.3扫描电子显微分析 16

第四章 二氧化钛薄膜的改性 17

4.1添加表面活性剂（PEG）对二氧化钛薄膜性能的影响 17

4.2掺杂SiO₂对TiO₂光催化性能的影响 18

4.2.1TiO2/SiO2复合薄膜的制备 18

4.2.2TiO2/SiO2复合薄膜的光催化性能 18

4.3煅烧条件对光催化性能的影响 19

5.3小结 20

第五章 结论及展望 21

5.1结论 21

5.2展望 21

参考文献 23

致谢 27

第一章 绪论

1.1引言

工业化的脚步慢慢的遍布地球的每一个角落，工业化和人类的发展产生了很多的副作用，大量的污水、废气被排放到大气和河流之中，对生态环境造成了严重的破坏，迫使环境与人类生存的问题日益尖锐，更有甚者对人类的生存造成了毁灭性的威胁和破坏，几乎到了生死存亡的时刻。利用半导体的光催化降解污染物应运而生。由于TiO₂半导体光催化有很多的优点。譬如说：光催化效率高、能耗低，倍受青睐。自从1972年日本学者Honda和Fujishima等人^[1]在N型半导体TiO₂发现光催化分解水以来，半导体光催化材料受到高度关注。一开始TiO₂主要应用于太阳能的转换，后来应用于到有机物合成、废水处理、废气的处理等领域。近年来，人们发现TiO₂光催化材料还可以除去空气中的污染物、杀死有害的微生物、祛除异味等功能^[2]， 通过对目标物的表面改性成功的应用于抵抗有毒有害的微生的陶瓷、消除空气中的有毒有害气体、水蒸气不发生液化的汽车后视镜等。

1.2二氧化钛催化结构及原理概述

TiO₂能够在众多的光催化材料中脱颖而出，由于的产生光生电子-空穴对的能力强，对人体没有害、能够长期稳定的服役工作以及化学腐蚀性能^[3-4]等优良的性质。然而，由于锐钛矿晶型的TiO₂的禁带宽度为3.2 e V，吸光区域窄，所以光催化效率特别低，载流子容易失效。载流子就能稳定的存在，就可以提高TiO₂的光催化性能。

1.2.1 TiO₂晶体结构

TiO₂主要晶体结构是锐钛矿（anatase）、金红石（rutile）、板钛矿（brookite），都是由 [TiO₆]八面体作为基本单元构所构成的。晶体结构之中[TiO₆]八面体连接方式不同导致了它们有不同的内部结构以及相对应的独特的物理化学性质，如表1-1所示：

表1-1

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