催化剂对TiO2薄膜微观结构及光学性质的影响文献综述.docx

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1、催化剂对TiO2薄膜微观结构及光学性质的影响文献综述MX.以馈喊PqJfifi为就也体，乙醉为溶剂，聚的落腔f(so1.ge1.)HfeTiOW本丈绘述了：班化优网映的制笠方法及催化剂对共微双玷构及光学性境的影响方面的探讨进岷.关用IiO1.潘股发股法：微史结构.光学怜烦1.引言二氧化钛作为种宽禁带半导体.由于性侦稳定、无毒、以及高效的光催化活性，引入瞩口。但由于Ti2的禁带宽度为3.2cV,要在紫外光的激发下才能显示催化活性，然而太阳光中紫外光能量仅占4%,而可见光占43%。由于存在太阳能利用率低和分解有机物效率较低的缺陷，Tio2半导体光傕化技术在实际工业应用中受到了肯定程度上的制约。如何

2、改性TiOz使其在可见光甚至是室内光源的激发下产生活性始终是探讨的热点。本文就其催化剂对TiO:薄膜微观结构及光学性质的影响方面的探讨进行/综述。2 .薄膜的制备工艺Ti2在制备过程中简洁缺氧而生成大量缺陷，是一种典型的本征n型半导体，以电了导电为主。目前，TQz薄膜的制备方法有很多种，常用的有脉冲激光沉积法(P1.D),脑控溅肘法(RFSPUUeri吧)、金属有机化学气相沉积法(MoCVD)、溶胶一凝胶法(So1.-ge1.)等方法，各种方法都有各自的优缺点。本文就溶胶一；疑胶法So1.-ge1.)做简洁介绍。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是20世纪60年头发展起来的种制备陶瓷、玻璃等无机材料的湿

3、式化学方法。溶胶-凝胶法是制备纳米粒子及薄膜最常用也是最有效的手段和方法之一。溶胶-凝胶法技术具有纯度高、匀称性好、合成温度低(甚至可在室温下进行)、化学计量比及反应条件易于限制等优点，特殊是制备工艺过程相对简洁，无需特殊珍贵的仪器.溶胶凝胶法可用于制备薄膜、超细或球型粉体、陶饶光纤、多微孔无机膜、单集成电路陶瓷或玻璃、多孔气凝胶材料、更合功能材料、纤维及高熔点被璃等.溶胶-凝胶法制符薄膜时，先将金属有机静盐或无机盐进行水解、聚合，形成金属盐溶液或溶胶，然后用提拉法、旋涂法或喷涂法等将溶胶/溶液匀称涂覆于基板上形成多孔、疏松的干凝胶膜，最终再进行干燥、固化及热处理即可形成致密的薄膜。用溶胶-凝

4、胶技术制备TiO/薄膜常用的含钛的前招体主要是钛醇盐,如钛酸四丁曲Ti(O-BU)4、TiCh,TiCb和TWS0。2等,催化剂常用无机酸,如硝酸、盐酸。先符钛酸四丁酯与有机溶剂如异丙醇或乙醉等混合匀称，在不断搅拌下将混合溶液滴加到含适量酸的水中，形成透亮的TiO?的胶体，其反应过程如表达式(2.D(2.3)所示。水解：nM(0R+4nHO-*nM(0R+4nROH(2.1)缩合：nM(OH)4nMO2+2nH2O(2.2)总反应：nM(OR)4+2nHOnMO*411ROH(2.3)醇溶液中的钛醇盐首先被加入的水水解，然后水解醇盐通过羟基缩合，再进一步发生交联、支化从而形成聚合物,聚合物的大

5、小和支化度以及交联度对凝胶和最终二氧化钛薄膜的孔隙、比表面积、孔体积、孔径分布和凝胶在焙烧时的热稳定性都有很大的影响，般地，假如凝胶聚合物涟的支化和交联程度显著，那么结构就很坚固.假如凝胶聚合物桂的支化和交联程度不高，结构就脆弱，在焙烧时很简洁破裂，比表面积也较小。聚合物的支化程度以及凝胶中胶体的团聚状况则是由水解和缩介的相对反应速率确定的。假如水解比缩介速度梢慢，则会形成长而高度支化的聚合物链；锻如水解和缩合的速度相当，那么聚合物的徒较短，且支化和交联度不大：假如缩合速度小于水解速度，钛离子紧紧地结合在一起,结果形成氢辄化物沉淀。在钛醉盐的溶胶凝胶化过程中，溶液PH值是影响水解和缩合速率的近

6、要参数。探讨表明，对于肯定组分，有个合适的PH值，或者各组分之间应保持适当比例。除调整PH值来限制溶胶-凝胶过程外，还可以利用整合剂取代酹盐中的配位体，稳定钛离子并降低其反应活性，从而达到限制水解和缩合反应相对速率的目的。EPaz采纳乙酰内雨来当作螯合剂，用聚乙二醇和乙二胺来当作螯合剂，以稳定钛离子并降低其反应活性，从而达到限制水解和缩合反应相对速率的目的。当将基板浸入溶胶/溶液时，由于毛细管力的作用，溶胶颗粒沉积在基板上.当基板从溶胶中移走后，水/醉的蒸发使溶胶浓缩，与此同时，颗粒间出现胶凝。在干燥阶段，凝胶孔隙中的溶剂被除去，孔内形成液-气接口,伴随的表面张力使得凝胶孔结构坍塌：与此同时,

7、放凝过程接着进行，由于凝胶层的收缩也会使孔坍塌。直至凝胶网络坍塌而形成膜，最终在焙烧后形成氧化物薄膜。3 .TiOz薄膜的光催化活性3.1 光催化活性简介光傕化活性是TiOz功能薄膜最具代表性的性能之一，正是由于这一特性，再加上高的稳定性、无毒性以及简洁获得等优点，从而使Ti2功能薄已成为目前最有潜力而I1.几乎是唯可选的光催化材料，可用于从空气和水中去除污染物以及在大气条件下除见、防污和杀菌。3.2 光催化机理Ti27jn型半导体，从理论上讲，只要半导体汲取的光能不小其禁带宽度,价带上的电子(C)就可以被激发跃迂到导带,在价带上产生相应空穴(h),胡后hfi1.e与吸附在薄膜上的H：0和O2

8、等发生作用,生成OH和0等具有极强氧化还除实力的W活性基团,能够降解有机物,同时产生的电子和空穴还有更合的可能。3. 3光催化性能的影响因素影响TiOa薄膜光催化活性的因素主要有二氧化钛的品型、粒径、晶格缺陷，还有薄膜的厚度、层数、表面结构、其他氧化物或离子的影响以及其制备工艺和条件。张德恺探讨jTiO?薄膜的培烧温度、忆数等制备条件时Ti(X光催化活性的影晌,结果发觉在490r,8层膜时的TiOz光催化活性最高。在薄膜中掺杂其他组分，可以制备出更高活性的薄膜。关凯书等认为当半导体TiO?和绝缘体SiOz更合时经常会产生一些特殊的性质，在二元系统的氧化物中，SiO2与TiO?复合形成1.eui

9、s酸，使表面酸性提高，这样不仅能在表面形成更好的吸附位，而且可在表面形成较强的羟基团，这些羟其团作为空穴的捕获位，阻挡了电子空穴对的合并,生成强辄化性的活性羟坛，从而增大了光催化活性。MasahikoMacda等探讨了氧化硅对TiCh光催化活性的影响，并制备了在可见光照耀下具有高光催化活性的TiOz/SiO,双分子层段。陈建华等制备J以轴面在i为载体并掺杂了Cr”的TiO2薄膜，结果表明，Cr”的掺杂和轴面直砖的交互作用能够显著提高Tio2薄膜的光催化活性，I1.随着Ti(X光催化活性的提高，薄膜的汲取带边发生了明显的红移，提高了可见光的利用率。4TKh薄膜的应用由了二氧化钛有着高的光催化活性

10、、高的稳定性、无毒性以及简洁获得等优点，从而使得它成为目前最有潜力而且几乎是唯一可选的环保型光催化材料。目前二氧化钛光催化剂已在很多方面得到应用。4.1 太阳能电池燃料敏化Tio2太阳能电池利用自然界中光合作用和照相原理，将太阳能干魄转化为化学能，可缓解二氧化碳和二氧化氮造成的全球性大的污染问题.4.2 空气净化器利用二氧化钛的光催化活性，在室温下利用空气中的水蒸气和氧气去除氮氧化物、散化物、甲醛等有害气体。4. 3抗菌材料利用二氧化钛的光催化活性，对细菌、病毒、其菌、藻类、烯细胞等有良好的杀菌效果，可用于医院等公共场所。也可用于手术眼、护土眼、手术巾、内衣、睡衣、床上用品等.4.4 水处理利

11、用二氧化钛的光催化活性，以太阳光或紫外灯为光源,对试验用水.工业用水及生活用水进行净化处理，也可对饮用水进行深度处理。4.5 降温材料利用二辑化钛的超亲水特性，使表面流过的水在其表面分散成几微米厚的薄膜，水蒸发时带走大量的热，从而起到降温的作用。4.6 防雾、防污自清洁涂层利用二:氧化钛的光致亲水特性，可用于厨房、浴室及公共场所的地稻、墙转、交通标记、建筑用材料、汽车的后视镜、挡风玻璃、浴室镜子、轻具、厨具等用品Q4. 7文物爱护利用二班化钛的光催化活性，把掺银二轨化钛光催化剂涂在文物上形成无机爱护膜，可爱护文物不退色、不腐烂，有效防止虫、菌的侵蚀。也可用于对丝绸和书画的爱护,还可以将旧报纸变

12、为脱臭、抗菌再生纸。参考文献IUI刘冰.强光生.溶股凝依法刎备光学杂化功能材料U1.化学选取.2(105.17(1):附飨12朱冬生.达帕阵,吴会军殍.溶皎2发皎法制品纳米薄股的探讨进展J.H”导报.2003,17:50-55.131李晓城加红盘安.等.幽米：翅化怯光催化性能的探讨IJ.西北高校学报.I999,29(6)0755O.14I范柒政.行犹平.丁延伟.纳米TiOJ的T省崇光催化反应探讨进展J.科学通报2X)1.46(4):26273.5IS.Sakthive1.M.C.Hida1.go.D.W.Bahnenwnn.S.I1.Gcisscn.V.Muiugcsan.A.Voge1.po

13、h1.AfinerouteotuetheptxMea1.a1.y1.icae(iv1.yofTC)2J.App1.iedCata1.ysisB.Envinnnen1.1.,KI06(63):3-40.6赵双华.陈建华,王晓林等.AI3+典广掺杂对负饯TKh薄摸光催化活性的影响J.环境科学与技术.2005.28(4):30-32.P1.张袒伯.胡晓云.李婷.等.TiO2纳米薄收依现垢构及光学性能探讨”.九f学报2XN33(g)WK29X5181关机枚尹衍升金秋盼Tio1.Si62复合薄膜光催化活性与亲水性关系的探付硅酸盐学,200331(3):219-22.91CHENWcnmciZHAOXij

14、ianTheCffEOfSio2as2shivconWPCr2hyJrophi1.icProPCayofTiO22SiO2thinf1.nbw1.2e1.*c1.hudJ).Jcna1.UfWUhanUniverMtyofcc1.2uA)2Ma1.er.set.Ed.21.I6:30-53.10MahikoMaech、KcnichiHirota.Charac1.cri741ti1nofti1.11iu1121.incompositeoxidefi1.msandIheirvhibk21.igh1.pho2cota1.yiicpropertiesJApp1.iedCf1.U1.ysisA.Gene

15、ra1.,2(X)6.IHI跻建收王晓林.餐竹生等.C/博杂对TQ薄膜元催化活性的影晌”.环境科学学报.2005.25:6()6-610.12DumitriD.Ba1.1.yAR,Ba1.1.ifC用a1.PtwtoaiU1.ytickj2radainnofpheno1.byTiOithinfi1.msp11crodbySput1.cringIJ!,App1.iedCata1.ysisB:Environmenta1.2000,25:83%.13的北强王晓林.1.a梅杂及致体类型对纳米Ti6为次光催化活性的影响.水处理技术.200632(1):30-32.(14)张仁远,何斌,张金龙.：加化恢功能薄腹探讨发展与应用川.然光科学与光化学2)0422(Ir附77.