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TiO_2/ZnO纳米复合薄膜的制备及光催化性能研究

作　者: 陈丽娟
导　师: 田进涛
学　校: 中国海洋大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 溶胶-凝胶法 TiO2/ZnO纳米复合薄膜 光催化性能
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 267次
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内容摘要


TiO2薄膜及TiO2复合薄膜在紫外光作用下可以实现有机物的光催化降解,在污染治理、室内空气净化、自清洁涂层等方面有着广阔的应用前景。本实验采用溶胶-凝胶法成功的制备了均匀、透明的TiO2/ZnO纳米复合薄膜,其中TiO2为锐钛矿晶型,ZnO为纤锌矿结构。系统地研究了TiO2/ZnO纳米复合薄膜对甲基橙的光催化性能。在试验中,我们还采用两种不同的方法来制备TiO2/ZnO复合溶胶:直接混合法和原位混合法,来研究制备方法不同对薄膜性能的影响。重点研究了TiO2/ZnO纳米复合薄膜中Ti/（Ti+Zn）比例不同时TiO2/ZnO纳米复合薄膜的微观结构及光催化性能的影响,同时我们还研究了抑制剂不同对TiO2纳米薄膜的微观结构及光催化性能的影响和热处理时间对薄膜微观结构及光催化性能的影响。研究结果显示:经光学显微镜和扫描电镜研究发现,TiO2、ZnO及TiO2/ZnO薄膜致密均匀,由粒径小于50nm的纳米粒子组成。能谱分析表明钛元素和锌元素在复合薄膜中均匀分布。并且复合薄膜的微观结构主要取决于薄膜中钛和锌的相对百分含量。当钛含量较高时（100%和75%）,薄膜表面出现大量微裂纹;随着钛含量的减少（50%、25%和0%）,微裂纹逐步减少直至消失,取而代之的是一定量亚微米级大颗粒的出现。对复合薄膜的XRD分析表明,薄膜的晶化程度强烈依赖于复合体中钛和锌的相对百分含量。随着钛百分含量的逐步减少,TiO2/ZnO复合体由晶化良好的锐钛矿相逐步趋向于玻璃态;随着钛含量的进一步减少,复合薄膜又逐渐结晶良好,为典型的纤维锌矿氧化锌。而对于不同方式制备的Ti/（Ti+Zn）比例为50%的复合薄膜,通过SEM及XRD分析,我们可以得到,用直接混合法制备的复合薄膜的表面比原位混合法制备的复合薄膜更加均匀、结晶度更好,光催化性能相比也优于原位混合法制备的薄膜。以直接混合法制备的TiO2/ZnO纳米复合薄膜作为催化剂来降解甲基橙溶液,可以发现,单一的氧化钛纳米薄膜的光催化降解能力最好,氧化锌薄膜的降解能力最差,复合薄膜的降解能力位于两者之间,成线性关系,但是Ti/（Ti+Zn）的比例为75%的复合薄膜除外。当我们对Ti/（Ti+Zn）的比例为75%的复合薄膜的高温热处理时间延长时,其结晶度及催化能力也相应的提高。

全文目录


摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章 前言  11-33
  1.1 半导体光催化剂  11-13
    1.1.1 常见半导体光催化剂  11-12
    1.1.2 TiO_2半导体光催剂的发展  12-13
  1.2 TiO_2光催化剂的结构特征及光催化原理  13-17
    1.2.1 TiO_2的晶体结构特征  13-16
    1.2.2 TiO_2光催化原理  16-17
  1.3 TiO_2薄膜的制备方法  17-22
    1.3.1 溶胶-凝胶法  17-21
    1.3.2 磁控溅射法  21
    1.3.3 化学气相沉积法等  21
    1.3.4 水解-沉淀法  21-22
    1.3.5 电子束沉积法  22
    1.3.6 离子镀  22
  1.4 影响TiO_2光催化效率的因素  22-27
    1.4.1 TiO_2晶型的影响  23
    1.4.2 颗粒粒径的影响  23-24
    1.4.3 光源的影响  24
    1.4.4 催化剂浓度的影响  24-25
    1.4.5 薄膜的厚度及表面积的影响  25
    1.4.6 其他影响因素  25-27
  1.5 提高TiO_2光催化效率的方法  27-32
    1.5.1 表面螯合及衍生  27
    1.5.2 过渡金属离子掺杂  27-28
    1.5.3 半导体复合  28-30
    1.5.4 非金属元素掺杂  30
    1.5.5 有机染料敏化  30-31
    1.5.6 稀土元素掺杂  31-32
  1.6 研究的内容、目的及意义  32-33
第二章 试验方法及检测仪器  33-36
  2.1 实验试剂及实验仪器  33-34
  2.2 粉体及薄膜的表征手段  34-36
第三章 TiO_2/ZnO纳米复合薄膜的制备及表征  36-63
  3.1 TiO_2纳米薄膜的制各及表征  36-44
    3.1.1 TiO_2纳米薄膜的制备  36-39
    3.1.2 TiO_2薄膜的表征  39-44
  3.2 氧化锌薄膜的制备及表征  44-46
    3.2.1 氧化锌薄膜的制备  44
    3.2.2 氧化锌薄膜的表征  44-46
  3.3 TiO_2/ZnO纳米复合薄膜的制备及表征  46-61
    3.3.1 TiO_2/ZnO纳米复合薄膜的原位混合法制备  46-47
    3.3.2 不同比例的复合薄膜的制备  47-48
    3.3.3 复合薄膜的表征  48-61
  3.4 不同方法制备的TiO_2/ZnO复合薄膜的表征  61-63
第四章 TiO_2/ZnO纳米复合薄膜的光催化性能研究  63-79
  4.1 氧化钛薄膜的光催化性能  63-69
    4.1.1 甲基橙光催化降解原理  63
    4.1.2 光催化试验条件的确定  63-64
    4.1.3 氧化钛薄膜的光催化性能  64-69
  4.2 氧化锌薄膜的光催化性能  69-70
  4.3 混合方式对光催化性能的影响  70-71
  4.4 氧化钛/氧化锌复合薄膜的光催化性能  71-75
  4.5 时间对光催化性能的影响  75-79
第五章 结论  79-80
参考文献  80-88
个人简历  88-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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