TiO2/SiO2复合薄膜的晶化特征和结构转变研究

对TiO2／SiO2复合薄膜的晶化特征进行了分析，研究表明，随着TiO2含量的增加，其晶化温度降低，而由锐钛矿相完全转变为金红石相的速度减慢．SiO2的析晶温度也随着TiO2含量的增加而降低，即TiO2具有诱导SiO2析晶的作用．锐钛矿晶粒尺寸的增加幅度随着TiO2含量的降低和热处理温度的升高而增大．其晶粒尺寸的大小与热处理时间的平方根成正比．认为由于TiO2含量的不同，造成薄膜中由锐钛矿相完全转变成金红石相的速度差异主要来自于薄膜中应力的作用．     

TiO2-SiO2双组分膜结构与光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了不同Si／Ti比的TiO2-SiO2双组分膜．用紫外光照射亚甲基蓝的分解实验比较薄膜的光催化性能．通过XRD、FTIR、HRTEM、FE—SEM、AFM以及UV—VS—NIR分光光度计等分析手段对薄膜的结构和光学性能进行了表征．结果表明：适量SiO2的引入，显著提高了TiO2薄膜的光催化活性，Si／Ti比为0．2时薄膜的光催化活性为最佳．SiO2引入TiO2薄膜后，生成了Ti—O—Si玻璃相和无定形SiO2，这两种物相聚集在TiO2晶界周围，有效地阻止了TiO2的晶粒长大，提高了锐钛矿相向金红石相的转变温度，使复合薄膜经过500℃热处理后，只有锐钛矿相存在，有利于薄膜的光催化活性的提高．     

TiO2/SnO2复合薄膜的低温制备及其光催化性能

采用溶胶-凝胶法合成了TiO2溶胶和SnO2溶胶，使用浸渍提拉法在低温下制备出底层为金红石型SnO2，表层为锐钛矿型TiO2的复合膜．考察了不同SnO2薄膜层数对TiO2／SnO2复合膜光催化活性的影响，并对其光催化活性提高的机理进行了探讨．结果表明，SnO2层的加入能有效提高TiO2薄膜的光催化活性，随着SnO2薄膜层数的增加，光催化活性先增大后减小，但始终高于单一的TiO2薄膜．这是由于SnO2的导带电位低于TiO2的导带电位，SnO2的价带电位高于TiO2的价带电位，紫外光照下，TiO2中产生的光生电子注入到SnO2层，SnO2中空穴注入到TiO2层，有效抑制了薄膜内电子-空穴对的复合，增加了复合薄膜表面空穴的浓度，因而光催化活性得到了显著的提高．     

复合半导体光催化材料ZnFe2O4-TiO2/SiO2结构与光响应性能研究

采用溶胶．凝胶法制备了负载型复合半导体光催化材料ZnFe2O4-TiO2／SiO2，并通过DTA-TG、XRD、XPS、Raman、TPR及UV-Vis DRS等实验技术对复合材料的晶体结构、表面组成及光响应性能进行了表征和评价．结果表明：ZnFe2O4晶相以高分散状态存在于光催化材料的表面；ZnFe2O4与TiO2复合可使部分Fe^3＋进入体相TiO2的晶格中，促进其由锐钛矿向金红石的相转变，同时表面剩余的少量Zn计聚集形成ZnO物相；TiO2的相变由体相开始，随着ZnFe2O4含量的增加逐渐向表面扩展；SiO2的加入使活性组分更加分散，TiO2平均粒径〈10nm；ZnFe2O4的加入明显拓宽了TiO2的吸光域，并增强了对可见光的吸收．     

SiO2改性纳米TiO2及可见光催化性能研究

以四氯化钛等为原料,采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2,制品为锐钛矿相和金红石相的混合物,随着热处理温度的升高,其中的锐钛矿相的比例逐渐降低,金红石相比例逐渐上升;又以Na2SiO3为原料,对TiO2进行表面改性,制得TiO2／SiO2复合材料。研究发现,原位改性后的TiO2在可见光下光催化甲醛可以发生聚合反应。     

丙烯酸表面修饰法制备纳晶TiO2薄膜的研究

采用sol—gel法制备纳晶TiO2薄膜，在溶胶的制备过程中加入丙烯酸对纳米TiO2胶体颗粒进行表面修饰。溶胶的透射电镜(TEM)分析表明，丙烯酸的表面修饰作用可以抑制在制备和陈放过程中胶体颗粒的团聚。采用原位程序升温，使用X射线衍射仪(XRD)对TiO2粉体由锐钛矿向金红石的转变过程(A→R)进行了考察，结果显示，晶粒的迅速生长和晶型的转变有着密切的联系；此外，丙烯酸的修饰作用能显著提高A→R的温度，且有助于抑制热处理过程中纳晶TiO2颗粒的团聚。TiO2薄膜的原子力显微照片(AFM)表明，丙烯酸修饰法制备的TiO2薄膜，膜层均匀连续，颗粒为纳米尺度。     

镁掺杂对二氧化钛晶化行为的影响

采用溶胶-凝胶法在较低的热处理温度下制备了镁掺杂的TiO2。通过差热分析（DTA）并经过计算，发现在TiO2溶胶中加入Mg（NO3）2，可以让TiO2从无定型到锐钛矿相和锐钛矿相到金红石相的晶型转变活化能分别从137．7和163．7kJ／mol降低到70．5和108．4kJ／mol；采用X射线衍射分析（XRD），确定了在600℃热处理，获得了具有锐钛矿相和金红石相混晶的镁掺杂TiO2；通过紫外光催化降解甲基橙水溶液实验，证明了镁掺杂的TiO2薄膜的光催化活性高于未掺杂TiO2薄膜。     

氢氧焰燃烧合成核壳结构纳米 TiO2/SiO2复合颗粒及机理分析

利用多重射流氢氧焰燃烧反应器，通过控制进料方式，以TiCl4和SiCl4为原料合成了具有典型核壳结构的纳米TiO2／SiO2复合颗粒，并分析了氢氧焰燃烧合成过程中核壳结构的形成机理．在纳米TiO2／SiO2复合颗粒中，无定形的SiO2均匀地包覆在晶态TiO2颗粒表面形成核壳结构，引入SiO2不但有效抑制TiO2晶粒的生长，而且抑制了锐钛相向金红石相的转变．在TiCl4和SiCl4次序进料时，TiCl4优先反应并通过成核生长生成TiO2纳米颗粒，SiCl4反应生成的SiO2通过在TiO2颗粒表面非均相成核生长，形成核壳结构的纳米复合颗粒．     

热处理对溶胶-凝胶TiO2薄膜的晶相转变和性能影响

以钛酸丁酯（TPOT）为有机醇盐前驱体，采用溶胶－凝胶技术制备了TiO2溶胶。为测量方便起见，分别制备了凝胶粉体和薄膜，并对样品进行了不同温度的热处理。X射线衍射（XRD）、椭偏仪和紫外－可见光谱（UV－vis)的测量表明：随热处理温度的升高，TiO2的结构由非晶到锐钛矿再到金红石相转变，400℃为锐钛矿相，600℃开始出现金红石相，800℃完全转变为金红石相；晶粒尺寸随热处理温度的升高而逐渐增大，锐钛矿结构的晶粒尺寸范围是2.5-5.5nm，金红石结构的晶粒尺寸范围是5.9-6.8nm；TiO2薄膜的折射率随热处理温度的升高而增大，同时薄膜厚度降低；禁带宽度随热处理温度的升高而增大，同时薄膜厚度降低；禁带宽度随热处理温度升高而变窄，锐钛矿结构的禁带宽度为3.45eV，而金红石结构的禁带宽度为3.30eV。     

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。     

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。     

SiO2-TiO2 复合微粒的研究

通过溶胶法制备了18nm 和40nm 两种粒径均匀、单分散的SiO₂2TiO₂ 复合微粒, 确定了最佳合成条件。电镜照片显示, 水和TiO₂ 粒子接枝于SiO₂ 粒子表面, 成针状向外生长。对包覆过程、复合纳米粉末煅烧行为、表面改性的研究表明, 1100℃～ 1200℃TiO₂ 由锐钛型向金红石型转变, SiO₂ 的鳞石英晶型也开始形成。甲醇改性的TS纳米粉末能较好的再分散于乙醇中。      

Controlling the crystallinity and roughness of atomic layer deposited titanium dioxide films

The surface roughness of thin films is an important parameter related to the sticking behaviour of surfaces in the manufacturing of microelectomechanical systems (MEMS). In this work, TiO2 films made by atomic layer deposition (ALD) with the TiCl4-H2O process were characterized for their growth, roughness and crystallinity as function of deposition temperature (110-300 degrees C), film thickness (up to approximately 100 nm) and substrate (thermal SiO2, RCA-cleaned Si, Al2O3). TiO2 films got rougher with increasing film thickness and to some extent with increasing deposition temperature. The substrate drastically influenced the crystallization behaviour of the film: for films of about 20 nm thickness, on thermal SiO2 and RCA-cleaned Si, anatase TiO2 crystal diameter was about 40 nm, while on Al2O3 surface the diameter was about a micrometer. The roughness could be controlled from 0.2 nm up to several nanometers, which makes the TiO2 films candidates for adhesion engineering in MEMS.     

超临界流体干燥法制备TiO2/ Fe2O3 和TiO2/ Fe2O3/ SiO2 复合纳米粒子及光催化性能

以TiCl₄ 、Fe (NO₃ )₃·9H₂O 和Na₂SiO₃19H₂O 为原料, 采用溶胶凝胶法结合超临界流体干燥法(SCFD)制备了纳米级TiO₂/ Fe₂O₃ 和TiO₂/ Fe₂O₃/ SiO₂ 复合光催化剂。以光催化降解苯酚对所得催化剂的催化活性进行了评价。结果表明, 纳米TiO₂/ Fe₂O₃ 复合粒子与单组分TiO₂ 比较, 复合粒子光催化活性高于单组分的TiO₂, 6h 苯酚降解率高达95.9 %。SiO₂ 的加入可以抑制纳米粒子粒径的长大和晶相的转变, 增强TiO₂ 纳米粒子的热稳定性。复合光催化剂中Fe₂O₃ 最佳掺入量为0.06 %, SiO₂ 最佳掺入量为10 %(摩尔分数) 。并用XRD、TEM 和FTIR 等手段进行了表征。TiO₂ 以锐钛矿型形式存在, SiO₂ 以无定性形式存在。比较了不同制备方法制得的TiO₂/ Fe₂O₃ 复合光催化剂, 得出超临界干燥法制备的光催化剂具有粒径小、比表面积大、分散性好、光催化活性高等特点。采用超临界流体干燥可直接得锐钛型纳米复合光催化剂。     

基底温度对直流溅射Nb掺杂TiO2薄膜性能的影响

采用陶瓷靶直流磁控溅射,以玻璃为基底制备2.5wt%Nb掺杂TiO2薄膜,控制薄膜厚度在300~350 nm,研究了不同基底温度下所制得薄膜的结构、形貌和光学特性.XRD分析表明,基底温度为150℃、250℃和350℃时,薄膜分别为非晶态、锐钛矿(101)和金红石相(110)结构.基底温度250℃时,锐钛矿相薄膜的晶粒尺寸最大,约为32 nm.薄膜表面形貌的SEM分析显示,薄膜粗糙度和致密度随基底温度升高得到改善.薄膜的平均可见光透过率在基底温度为250℃以内约为70%,随基底温度升高至350℃,平均透过率下降为59%,金红石相的存在不利于可见光透过.Nb掺杂TiO2薄膜的光学带宽在3.68~3.78 eV之间变化.基底温度为250℃时,锐钛矿相薄膜的禁带宽度最大,为3.78 eV.     

磁性纳米TiO2/SiO2/Fe3O4光催化剂的制备及表征

以纳米Fe3O4磁粉为核心，采用溶胶一凝胶法制备了TiO2／SiO2／Fe3O4复合光催化剂．用XRD、TEM及元素分析对其结构和表面形貌进行了表征．以具有偶氮染料结构的甲基橙水溶液为目标反应物，评价其光催化活性．结果表明，所制TiO2／SiO2／FeaO4样品为双层包覆型结构，SiO2为中间层，最外层是锐钛矿型的TiO2,该复合光催化剂对甲基橙溶液有较高的光催化活性，并具有可利用其磁性回收重用的特点，应用前景广泛。     

敏化的TiO2纳米晶表面形貌、晶相、光谱及光催化灭菌研究

采用sol-gel法，制备了不同形态和晶相的二氧化钛纳米粒子。以叶绿素作为敏化剂对不同形态的二氧化钛纳米晶进行敏化，敏化前后的二氧化钛纳米晶分别用XRD、AFM、紫外可见光谱和荧光光谱进行了表征和分析，表明敏化达到了非常好的光电转换效果。选用白菜的软腐病菌作为实验菌进行评价实验，结果表明敏化的二氧化钛纳米晶在可见光下50min杀菌率几乎达到100％。     

Improvement in performances of dye-sensitized solar cell with SiO2-coated TiO2 photoelectrode

The pure TiO2 and the nano-porous SiO2-coated TiO2 (STO) films were deposited on the FTO substrates by spray technique for the application of dye-sensitized solar cells (DSSCs). XRD pattern shows the pure TiO2 and STO films exhibits the same structure. We found that there is no much difference in dye absorption between the STO and the pure TiO2 films. The electrochemical impedance spectra reveal that insulating nature of the porous SiO2 increases surface resistance of the TiO2 film and supresses back transfer of the photogenerated electrons to the electrolyte. The field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) and energy dispersion X-ray spectroscopy (EDS) reveal that the surface morphology and the existence of SiO2 layer on the surface of the TiO2 films, respectively. The photoelectrochemical results show that the short-circuit photocurrent (J(SC)) increased from 16.73 mA cm(-2) to 18.31 mA cm(-2) and the open-circuit voltage (V(OC)) value changed from 0.71 V to 0.74 V for the STO films. The efficiency of cell has been greatly improved from 8.25 to 9.3%.