高催化活性纳米tio2薄膜的制备及其性能研究

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2、；!关于学位论文使用权的说明本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其中包括：①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④

3、学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。签名：鱼兰銮塾日期：弘佴、6、6导师签名：量纽!趁日期：型竺：笸：笸万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文fj唧』Ⅲ舢删舢删／11111／lUlUl／n／Y2692713。·-·-——高催化活性纳米Ti02薄膜的制备及其性能研究摘要随着经济的不断发展和世界人口的迅速增长，环境污染和能源短缺已成为人类亟待解决的两大问题，二氧化钛(Ti02)作为一种半导体功能材料，具有良好的催化性能、安全无毒且对环境友好等特点，在治理环境污染和开发利

4、用太阳能方面具有广阔的应用前景。但是，Ti02光催化材料存在两大缺陷：一是由于其禁带宽度较大，对太阳光的利用率较低；二是被激发的电子一空穴对较易复合，量子产率较低。对TiO：进行掺杂改性是解决上述问题，进而改善其光催化性能的有效途径。本论文采用溶胶凝胶法在玻璃基底上制备了纯Ti02薄膜，通过掺杂银以及银氮共掺的方法对其进行改性，同时对影响Ti02光催化材料性能的因素和制约条件进行了探讨。为此，本文利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和紫外可见分光光度计(UV-vis)等测试手段表征了催化材料的晶型结构、微观

5、形貌和光吸收性能。另外，以亚甲基蓝溶液为目标污染物，考察了薄膜光催化材料在可见光下的光催化活性。主要研究结果如下：对于纯Ti02薄膜光催化材料，制备过程中，随着热处理温度从300℃升高至500℃，Ti02逐渐由非晶态转变为锐钛矿型，薄膜晶粒呈现从无到有，从小到大的生长趋势，结晶程度逐渐升高；然而当热处理温度高至600℃时，锐钛矿型Ti02开始向金红石型Ti02转变，晶粒变得粗大并且出现团聚现象。实验证明：经500℃热处理后的纯Ti02薄膜光催化材料全部由锐钛矿相组成，颗粒大小均匀，结晶度较好，平均晶粒尺寸约为50nnl，可吸收波长小于387nnl的紫

6、外光，对波长在387nm～800nln之间的可见光无明显吸收。可见光下Ti02薄膜的光催化活性极低，300min光照后，亚甲基蓝溶液几乎没有降解。万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文通过Ag掺杂对Ti02薄膜进行了改性研究，结果表明：Ag掺杂能够促进锐钛矿型Ti02向金红石型Ti02转变；Ag．Ti02薄膜的晶粒尺寸(30nm)比纯Ti02薄膜(50rim)的小，故相应比表面积比纯Ti02薄膜的大；Ag掺杂Ti02薄膜的本征吸收边发生了红移，吸光范围扩展至可见光区；Ag．Ti02薄膜的可见光催化活性高于纯Ti02薄膜的活性，可见光照射300min后

7、，亚甲基蓝溶液的降解率可达45％。光催化活性的提高是由于Ag掺杂后，在Ag与TiO：的界面上形成了捕获电子的肖特基势垒，抑制了光生电子一空穴对的复合，提高了量子产率。合适的热处理温度与Ag的掺杂量是制备高性能薄膜的关键因素，本实验条件下制备Ag—Ti02薄膜的最佳热处理温度为400℃，最佳掺Ag量为0．1wt．％。本论文还对银氮共掺Ti02薄膜进行了研究。(Ag，N)．Ti02薄膜的结晶度很好，Ti02以锐钛矿的形式存在，薄膜表面由形状规则的球形颗粒组成，平均晶粒尺寸约为20nm，比Ag．Ti02薄膜和纯Ti02薄膜的小，并且薄膜与玻璃基底结合紧密，

8、二者之间无空隙出现，薄膜厚度约为150nnl。薄膜的光响应范围不仅扩展到了可见光区，而且对可见光的吸收更强。光催化实验证明，(Ag，N)一Ti02薄膜的可见光催化活性比单一Ag掺杂、单一N掺杂以及纯Ti02薄膜的活性高，300min光照后，亚甲基蓝溶液的降解率接近70％，这是由于贵金属Ag可降低光生电子一空穴对的复合率，非金属N能有效拓宽薄膜的光谱响应范围，在二者的共同作用下，薄膜的光催化活性得到了很大的提高。关键词：溶胶凝胶法，Ti02薄膜，银，银氮共掺，光催化活性万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文PREPARATIONANDPERFORMAN

9、CEOFNANO—T[02FILMWITHHIGHPHOTOCATALYTICACTⅣITYABSTRACT