光催化二氧化钛薄膜的制备工艺研究进展

评述了制备二氧化钛薄膜的液相法、气相法和电化学法3大类方法的优缺点，以及3大类方法所包含的溶胶-凝胶、微乳液、磁控溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、阳极氧化和微弧氧化等方法制备二氧化钛薄膜的工艺步骤、特点及研究进展。文章最后指出，液相法由于自身存在的优点，仍将是今后二氧化钛薄膜制备和研究的重点；而光催化性能更好的掺杂二氧化钛，其研究重点是探讨掺杂方式、制备方法和优化配比等。     

无机阴离子掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用溶胶，凝胶法在玻璃基片上制备掺杂钼酸根离子（MoO4^2-）、高锰酸根离子（MnO4^2-）、钨酸根离子（WO4^2-）和锡酸根离子（SnO3^2＋）等复杂无机阴离子的二氧化钛光催化薄膜。光催化实验表明钼酸根离子、高锰酸根离子和钨酸根离子的掺杂都在不同程度上降低了薄膜的光催化性能，掺杂浓度不同对薄膜光催化性能的影响略有不同，而掺杂浓度为0.006mol．L^-1的锡酸根离子可以提高薄膜的光催化活性。利用傅立叶红外光谱研究了掺杂复杂无机阴离子对纳米二氧化钛表面结构的影响，结果表明SnO3^2-掺杂后TiO2的晶格振动峰出现明显的宽化，分析认为SnO3^2-通过热分解产生SnO2，抑制TiO2粒子在热处理过程中生长，有利于形成更细小的晶体，从而提高其光催化活性。     

锐钛矿型大孔TiO_2薄膜的低温制备及其光催化性能(英文)

以钛酸丁酯为前驱体在水量充足的反应体系下合成了 TiO2晶粒溶胶。在该溶胶中引入 4,4’-二羟基二苯基丙烷(BPA)和辛基酚聚氧乙醚(OP 乳化剂),并通过浸渍提拉法制备出锐钛矿型 TiO2薄膜。采用无水乙醇为溶剂将上述薄膜中的有机模板溶解去除,获得锐钛矿型大孔 TiO2薄膜。使用扫描电子显微镜分析薄膜的表面形貌,并对薄膜的吸附及光催化性能进行了研究。结果表明:OP 乳化剂可有效促进 BPA 在薄膜中的分散,有利于形成密集的大孔结构。多孔性增强了 TiO2对罗丹明 B(RB)的吸附,从而使薄膜光催化活性获得提高。     

不同掺铁方式对TiO2薄膜光催化活性的影响

采用溶胶凝胶工艺在普通玻璃表面制备出表面掺铁与体相掺铁的TiO2 薄膜。运用SEM ,XRD和AES等技术研究了复合薄膜的表面特征。以光催化降解甲基橙溶液为模型反应 ,表征薄膜的光催化活性。结果表明 :体相掺铁时 ,薄膜的最佳n(Fe) /n(Ti)为 0 .12 %;表面掺铁时 ,薄膜的最佳n(Fe) /n(Ti)为 1.5 %。表面掺铁薄膜的最佳光催化表观速率常数比体相掺铁的最佳值要高 1.5倍。并从载流子分离效率等方面进行了机理探讨。     

Ag-TiO_2复合薄膜的低温制备及其性能

采用溶胶-凝胶工艺制备掺银锐钛矿型TiO2溶胶,通过浸渍提拉法在载玻片表面涂膜,并在较低温度下进行热处理(250℃),获得Ag-TiO2复合薄膜。考察热处理温度、掺银量等影响因素,研究复合薄膜的光学性能、光催化性能和抗菌性能,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)等分析测试手段进行表征。结果表明:随热处理温度的升高,TiO2的结晶度提高,并在500℃逐渐由锐钛矿型向金红石型转变,复合薄膜表面的TiO2颗粒形貌由不规则形状依次转变为球形、方形等规则形状,当热处理温度为250℃时,复合薄膜具有较好的光催化活性;随着掺银量的提高,复合膜的光催化活性先增大后减小,当银含量为3at%～5at%时,复合薄膜具有较好的光催化活性及抗菌性能。     

无机阴离子掺杂对TiO2薄膜光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备掺杂钼酸根离子(MoO42-)、高锰酸根离子(MnO42-)、钨酸根离子(WO42-)和锡酸根离子(SnO32-)等复杂无机阴离子的二氧化钛光催化薄膜.光催化实验表明钼酸根离子、高锰酸根离子和钨酸根离子的掺杂都在不同程度上降低了薄膜的光催化性能,掺杂浓度不同对薄膜光催化性能的影响略有不同,而掺杂浓度为0.006 mol·L-1的锡酸根离子可以提高薄膜的光催化活性.利用傅立叶红外光谱研究了掺杂复杂无机阴离子对纳米二氧化钛表面结构的影响,结果表明SnO32-掺杂后TiO2的晶格振动峰出现明显的宽化,分析认为SnO32-通过热分解产生SnO2,抑制TiO2粒子在热处理过程中生长,有利于形成更细小的晶体,从而提高其光催化活性.     

通电加热氧化金属钛制备TiO2薄膜及其光催化活性

应用在空气中电加热氧化的方法在金属钛表面制备了TiO2薄膜并通过XRD, SEM 以及UV方法分别研究了其晶相结构、表面形貌及光催化活性。控制流过金属钛的电流密度,可以在表面形成TiO2薄膜。SEM和XRD测试表明形成的TiO2为线条状的金红石晶型的均一薄膜。光催化测试表明,电氧化TiO2薄膜具有良好的光催化活性,分解亚甲基蓝的速率常数为(4.2~5.8)×10-3 min-1。     

金属离子掺杂TiO2薄膜的光催化性能研究

在TiO2薄膜中掺入杂质离子是改善TiO2薄膜光催化活性的重要方法，不同金属离子的掺杂能不同程度的提高TiO2薄膜的光催化性能，使TiO2薄膜光催化剂在优化降解大气和水中的污染物等方面具有十分广阔的应用前景。本研究对近年来利用各种金属离子掺杂方式提高TiO2薄膜光催化性能的研究现状进行了综述。     

钛上阳极氧化生成TiO2光催化薄膜的结构与性能

研究了电化学阳极氧化在钛上制备的纳米晶多孔TiO2光催化薄膜的结构与光催化特性。将工业纯钛片或钛箔暴露于电介质溶液并加一定电压，钛表面将氧化生长多孔TiO2薄膜。适当控制氧化电压、溶液温度，得到非晶氧化膜，再进行晶化处理，得到锐钛矿相纳米晶TiO2薄膜。其晶粒尺寸约在10nm～30nm。用SEM，TEM，XRD表征TiO2薄膜的形貌与相结构。用光谱仪测定了薄膜对入射光的吸收特性，表明电化学氧化制备的纳米晶二氧化钛薄膜对近紫外入射光产生强烈的吸收，显示纳米结构的量子效应。测定了薄膜对酸性红溶液的光催化降解效率，结果表明反应30min后薄膜对酸性红的光催化降解率可达95％以上。     

射频磁控溅射制备TiO2光催化薄膜的表征

在不同的Ar和O2气流量比下，利用射频磁控溅射技术在载波片上制备了TiO2薄膜。利用X射线衍射(XRD)，原子力显微镜(AFM)，拉曼光谱和UV-VIS-NIR分光光度计等技术对薄膜进行了表征。结果表明在Ar：O2=20sccm：5sccm下制备的薄膜具有较高的光催化活性。     

原子层沉积制备二氧化钛薄膜及其光催化性能研究

采用原子层沉积方法在K9玻璃上制备出TiO₂薄膜,利用XRD、SEM、AFM、分光光度计和紫外-可见光谱仪表征了不同沉积温度下薄膜的物相结构、光学性能和光催化性能。结果表明：25℃和120℃下制备的TiO₂薄膜为无定形态结构,210℃和300℃下可获得锐钛矿结构;随着沉积温度的升高,薄膜的晶粒尺寸变大,表面粗糙度增加,透射率降低,光催化性能增强;300℃下制备的TiO₂薄膜(2mm*2mm)经过12h的紫外可见光照射,甲基橙溶液的降解率可达47.16%,通过增加样品表面积可明显提高对甲基橙溶液的降解率。     

载银微弧氧化TiO2膜光催化杀菌研究

以磷酸钠为电解液,采用微弧氧化技术在钛网上直接制备TiO2膜,利用硝酸银光沉积法对该膜表面进行修饰,考察TiO2膜光催化杀灭空气中细菌的能力.利用XRD,SEM,EDX对微弧氧化膜晶型、表面形貌和成分进行观察分析.研究结果表明：微弧氧化TiO2膜主要由锐钛矿TiO2组成,随电解时间增长,锐钛矿TiO2增多,TiO2膜光催化杀菌效果明显好于单独紫外光的杀菌效果;光沉积银修饰可以改变微弧氧化TiO2膜的表面成分,改善膜的光催化性能.光沉积银微弧氧化TiO2膜和微弧氧化TiO2膜以及单独紫外光30 min的杀菌效率分别为95.2%,68.5%和36.1%.     

等离子合金化/热氧化复合技术制备光催化N掺杂TiO2薄膜

目的 提高316 L不锈钢表面的光催化和亲水性能.方法 通过等离子表面合金化技术在316 L不锈钢表面制备结合良好的TiN薄膜,然后对TiN薄膜进行热氧化,得到N掺杂TiO2薄膜.利用X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜及紫外-可见分光光度仪对制备的N掺杂TiO2薄膜进行表征,并通过光催化实验和亲水性实验考察其光催化性能和亲水性.结果 经过空气中450℃氧化处理2 h的薄膜中存在锐钛矿晶型的TiO2,样品中的N元素取代了部分O.未掺杂TiO2和N掺杂TiO2的带隙宽度分别为3.25、3.08 eV.经热氧化处理后,薄膜表面致密,无裂纹和微孔,均匀分布着尺寸相近的微小凸起物.经可见光照射150 min后,N掺杂TiO2薄膜对亚甲基蓝溶液的最终降解率为20%.此外,N掺杂TiO2薄膜具有较高的亲水性,可见光照射下,30min内接触角降为8.5°.结论 N掺杂TiO2薄膜能有效提高316 L不锈钢表面的光催化和亲水性能.     

Photocatalytic Properties of TiO2 Thin Films Prepared by Microarc Oxidation

在微弧氧化法制备TiO2光催化薄膜的过程中, 采用向电解液中添加氧化物的方法对薄膜进行改性. 实验结果表明, 过渡金属、重金属及稀土元素掺杂可在不同程度上影响薄膜的光催化性能, 其中, V, Ag, Ce元素掺杂可使光催化120 min的降解率提高10%以上. 采用半导体掺杂也能很好地提高TiO2薄膜的光催化性能, 其中以SnO2效果最好. 实验表明, V2O5添加量在0.5 mmol/L或SnO2添加量在1.0 mmol/L时, 生成的TiO2薄膜光催化效果最好. XRD及SEM分析表明, 掺杂不改变TiO2晶型, 改性后的TiO2光催化薄膜增厚, 微弧放电形成的孔道变小, 表面积增加.     

Photocatalytic activity of porous TiO2 films prepared by anodic oxidation

Anatase titanium dioxide is an active photocatalyst, however, it is difficult to be immobilized on the substrate. The crystalline TiO2 porous film was prepared directly on the surface of pure titanium by anodic oxidation. The film was then used for photocatalysis via the methyl orange degradation method. The effects of anodization voltage, pH value, TiO2 film area and degradation time on the photocatalyst were investigated respectively by UV-visible spectrum. It was indicated that the TiO2 film prepared by anodic oxidation at 140 V had the best photocatalysis capability and the degradation of methyl orange was accelerated with acid addition.     

Photocatalytic Property of Nanostructured S Doped TiO2 Films Prepared by the Micro Plasma Method

以钛为基体,在较短的时间内,采用微等离子体氧化法制备了TiO2薄膜。以罗丹明B溶液为目标污染物测试所得TiO2薄膜光催化性能。为提高所得TiO2薄膜的光催化性能,向电解液中添加了不同浓度的CH4N2S,制备S掺杂TiO2薄膜。利用扫描电镜(SEM)、光电子能谱（EDS）和X射线衍射仪（XRD）表征S掺杂前后所得的TiO2薄膜表面形貌、元素组成和晶体结构。结果表明,所得TiO2薄膜为多孔状,孔径大小均一。电解液中的CH4N2S浓度对微孔密度和孔径影响较大,S掺杂能使多孔TiO2微孔密度增大, 比表面积增大。但S对TiO2晶相组成影响不大,对晶胞参数有所影响。S掺杂可有效提高TiO2的光催化活性, 其中当电解液中的CH4N2S为6.0 g/L时,对初始浓度为10 mg/L罗丹明B溶液120 min的降解率可达到98%, 表现出最强的光降解能力。