HNO3处理对TiO2纳米薄膜的光催化活性和表面微结构的影响

通过sol-gel工艺分别在钠钙玻璃和预涂SiO2涂层的钠钙玻璃基体上制备了TiO2光催化纳米薄膜．然后用1mol／L HNO3水溶液对煅烧后的薄膜进行酸处理。用X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)和紫外可见光谱(UV—VIS)对酸处理前后TiO2纳米薄膜进行了表征。用甲基橙水溶液的光催化脱色来评价TiO2薄膜的光催化活性。结果表明：SiO2涂层能有效阻止钠离子从玻璃基体向TiO2薄膜的扩散，普通玻璃表面的TiO2纳米薄膜经HNO3处理后，薄膜的光催化活性明显增强。这是由于TiO2纳米薄膜中的钠离子浓度降低以及表面羟基含量增加的缘故。     

多孔SiO2与TiO2复合纳米材料的制备及光催化性能

在溶胶水热法所合成的锐钛矿相TiO₂纳米晶基础上,利用模板剂调制的SiO₂溶胶进一步合成了多孔SiO₂与TiO₂复合纳米粒子,重点研究了复合SiO₂对纳米锐钛矿相TiO₂热稳定性及光催化活性的影响.结果表明,复合SiO₂提高了纳米锐钛矿相TiO₂的热稳定性,经过900℃热处理后的TiO₂仍然具有以锐钛矿相为主的相组成.在光催化降解罗丹明B实验过程中,经过高温热处理的复合纳米材料表现出优于Degussa P25 TiO₂的活性,这主要与其锐钛矿相结晶度提高和具有较大比表面积等有关.     

SiO2/TiO2催化剂的制备及其光催化性能

利用钛酸四丁酯、正硅酸乙酯、乙酸和水为原料, 通过溶剂热方法制备得到SiO₂/TiO₂催化剂. 产物经XRD、Raman、TEM、BET、FT-IR和XPS表征, 结果表明: 所制备的SiO₂/TiO₂催化剂为比表面积大、结晶度高的锐钛矿TiO₂, SiO₂与TiO₂之间通过Si-O-Ti键结合. 另外, 以亚甲基蓝降解为探针反应, 考察了SiO₂/TiO₂催化剂在紫外光照射下的光催化性能. 结果表明: SiO₂/TiO₂催化剂具有比纯TiO₂更优越的光催化性能, 65min可以将亚甲基蓝(MB)彻底降解.     

纳米TiO2/Sb2O5涂层的光生阴极保护研究

采用溶胶凝胶法在304不锈钢表面制备了纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层. 用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱(XPS)对涂层表面形貌、晶体结构以及组成进行表征. 采用电化学方法研究涂层的光电化学性能与光生阴极保护特性. 结果表明,所制备的纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层表面连续、均匀、致密;XRD分析表明纳米TiO₂为锐钛矿型;XPS分析表明纳米涂层表面与内层均由Ti、Sb、O、C四种元素组成;稳定电位与极化曲线测试表明,在3%NaCl溶液中,纳米TiO₂/Sb₂O₅叠层涂层的光电化学性能低于纯纳米TiO₂涂层,但纳米TiO₂/Sb₂O₅涂层经紫外光照1h,停止紫外光照后的延时阴极保护作用可达4h. 通过研究分析,提出了一种新的纳米叠层涂层光生阴极保护作用机理.     

Ag/TiO2薄膜结构和光催化性能研究

采用溶胶-凝胶技术制备了Ag掺杂的TiO₂薄膜.用XRD、氮吸附法、UV-VIS-NIR分光光度计以及XPS对Ag掺杂后TiO₂薄膜结构的变化进行了分析;用分光光学法通过在紫外光照下分解亚甲基蓝的实验比较了TiO₂薄膜与Ag/TiO₂薄膜的光催化性能.结果发现,掺杂适量的Ag有助于TiO₂薄膜光催化氧化性能的提高,原因在于:（1）Ag通过引入耗尽层提高了TiO₂的电荷分离能力,并吸引空穴向薄膜表面移动,结果使薄膜表面空穴的浓度提高,薄膜光催化效率提高;（2）Ag减小了TiO₂粒子的粒径,使TiO₂禁带宽度增大,薄膜光催化氧化的能力提高;（3）Ag掺杂后,TiO₂薄膜表面对-OH基和水的吸附增加,使光照后TiO₂薄膜表面活性自由基·OH的浓度增加,空穴向薄膜所吸附物质的转移能力提高.     

PLD法制备TiO2薄膜及电阻转变特性研究

采用脉冲激光沉积法（PLD）,以Pt(111)/Ti/SiO₂/Si为衬底,制备了具有电阻转变特性的TiO₂薄膜.X射线衍射（XRD）分析未发现明显的TiO₂结晶峰,薄膜呈纳米晶或非晶态.扫描电子显微镜（SEM）及原子力显微镜（AFM）分析表明,TiO₂薄膜表面平整、光滑致密.电学测试结果表明,TiO₂薄膜具有明显的单极性电阻转变特性,高低阻态比值达到10⁴.高阻态下薄膜的导电过程可用空间电荷限制电流模型解释,过程中存在软击穿现象.在此基础上,对薄膜中丝导电通道的产生及熔断过程进行了初步分析.     

TiO2/SnO2复合薄膜的亲水性能研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO₂/SnO₂复合薄膜,通过XRD、XPS、UV透射光谱的分析及薄膜表面接触角、光催化降解甲基橙等的分析,研究了SnO₂与TiO₂配比、热处理温度、膜厚度等因素对复合膜的亲水性、透光率及光催化活性的影响.结果表明:复合膜的亲水性和光催化活性均优于单纯TiO₂,当SnO₂与TiO₂的摩尔比为1％～5％时,所制备的薄膜具有超亲水特性;热处理温度为450℃时薄膜亲水性最好,膜厚度的增加有利于亲水性的改善.     

负载型TiO2光催化薄膜结构控制及光催化活性

采用溶胶-凝胶法在不锈钢丝网上负载TiO₂薄膜,通过SEM、XRD和TG-DTA对其进行表征.研究了聚乙二醇(PEG)分子量及添加量、水加入量、涂膜次数和煅烧温度等工艺条件对样品光催化降解甲醛性能的影响.结果表明,通过工艺条件控制可得具有较高光催化活性的负载型TiO₂光催化薄膜.在钛酸丁酯乙醇溶液中添加适量PEG600和水,经反应制备的TiO₂溶胶,涂膜于不锈钢丝网表面,450℃煅烧后获得具有中孔结构的TiO2混晶薄膜,该薄膜对甲醛光催化降解率达90%以上.     

聚乙二醇对纳米多孔二氧化硅薄膜性能的影响

以聚乙二醇(PEG)为添加剂,正硅酸乙酯(TEOS)为先驱体,采用溶胶-凝胶法、结合 旋转涂胶和超临界干燥等工艺在硅片上制备了纳米多孔SiO₂薄膜.利用FTIR、TG-DTA、 AFM和椭偏仪研究了该SiO₂薄膜的性能.与未加.PEG的SiO₂薄膜相比,加入PEG得到 的SiO₂薄膜表面粗糙度增大,但孔隙率较高,介电常数可降至2.0以下.PEG参与并修饰了 TEOS的溶胶-凝胶过程.加入PEG制备的SiO₂薄膜因含有Si-OH基团而呈亲水性,该薄 膜经三甲基氯硅烷(TMCS)修饰后为疏水性.     

磷掺杂解决玻璃基TiO2光催化薄膜的钠扩散问题

采用溶胶-凝胶法在钠钙硅玻璃上制备了纯的和掺磷的TiO2薄膜,分别用AFM、XRD分析了薄膜的表面形貌和晶相组成.磷的掺入降低了TiO2锐钛矿相的结晶度,并且可以与从钠钙硅玻璃基片中扩散至薄膜的钠离子形成磷和钠的化合物,从而降低热处理过程中钠离子扩散对TiO2薄膜光催化活性产生的不利影响.利用罗丹明B作为光催化降解物质来表征TiO2薄膜的光催化活性,在相同的实验条件下,纯的TiO2薄膜的降解率为24.3%,掺磷5%的TiO2薄膜的降解率为50.3%.     

原位合成TiO2纳米管阵列及其光催化性能研究

采用液相沉积法(LPD), 以阳极氧化铝(AAO)为模板, 原位合成高度有序的TiO₂纳米管薄膜材料. 实验结果表明, 经过400℃热处理后, 制备的TiO₂纳米管为锐钛矿相, 长度达5μm, 管外径为150nm左右, 管壁厚为25nm左右. 热处理后的TiO₂薄膜具有良好的光催化降解甲基蓝的性能, 即经过120min卤灯照射后, 甲基蓝被完全降解.     

磁控溅射制备纳米TiO2薄膜导电性的研究

研究了在纳米厚度范围内,TiO₂薄膜的导电性与薄膜厚度和基底材料的关系.利用射频磁控溅射方法,使用高纯Ti(99.99％)靶,通入Ar和O₂的混合气体,制备了TiO₂薄膜,薄膜膜厚15～225nm.在室温下测量了不同厚度TiO₂薄膜的电阻率,发现TiO₂薄膜的导电性,先后在导体、半导体和绝缘体范围变化.这归因于基底材料与TiO₂的功函数不同,导致了界面电子的转移,功函数差决定了电子转移的深度.     

氮硫掺杂介孔TiO2薄膜结构及其光催化性能

分别以Ti(OBuⁿ)₄和Pluronic F127为无机前驱体和模板剂, 以硫脲为添加剂, 采用sol-gel法结合蒸发致自组装法（EISA）制备了锐钛矿结构的介孔TiO₂薄膜材料.采用SEM、 XPS、N₂ 吸附-脱吸、XRD和 UV-Vis光谱对其进行了表征. 研究发现, 向前驱体溶液添加硫脲一方面改变了TiO₂的介孔结构, 另一方面对介孔TiO₂进行了N、S共掺杂. 当溶液中硫脲与Ti(OBuⁿ)₄的摩尔比为2.5%时, 介孔TiO₂的孔径由未掺杂的7.0nm增至12.4nm, 光催化降解甲基橙实验表明其在紫外光区具有最优的光催化活性; 当溶液中硫脲与Ti(OBuⁿ)₄的摩尔比为5%时, 其吸收边由380nm扩展至520nm, 光催化降解罗丹明B实验表明其在可见光下显示出最优的光催化活性.     

Ti3SiC2-64vol%SiC复相陶瓷高温氧化机理研究

采用热等静压原位合成了高致密的Ti₃SiC₂-64vol%SiC复相陶瓷. 通过热重实验研究其在1100~1450℃中空气气氛的高温氧化行为和机理. 研究显示,复相陶瓷的等温动力学曲线遵循抛物线型氧化或抛物线型直线型氧化规律. SiC (64vol%)的引入显著提高了Ti₃SiC₂-SiC材料的抗氧化能力. XRD及SEM-EDS分析显示,氧化膜由外层金红石型TiO₂和非晶态SiO₂组成,过渡层为TiO₂与SiO₂混合物. 高温下（1400℃）,非晶态SiO₂的形成改变了TiO₂膜的生长形态,形成致密TiO₂膜,有效阻碍了氧的扩散. 长时间氧化其抛物线速率常数比在1200℃下氧化低一个数量级. 材料在1400℃下的抗氧化性能明显优于在1200℃下的抗氧化性能.