液相沉积tiolt2gt薄膜的制备，表征和光催化活性

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要最近，由于人们希望能够开发出成本低并对环境友好的制备方法和工艺过程，因而在水溶液中低温制备薄膜的方法越来越引起了人们的广泛关注。同时，Ti02薄膜的光催化性能在很大程度上取决于薄膜的制备方法，基体性质和后处理条件，因为这些因素对Ti02薄膜的化学物理性质起着决定性的影响。因此很有必要研究Ti02薄膜的制备方法，基片性质和后处理制度对Ti02薄膜的表面形貌和光催化性能的影响。在本研究工作中，以六氟钛酸铵和硼酸为原料，用液相沉积法(LPI))在不同的基片上制备二氧化钛薄膜，并用液相甲基橙水溶液的降解脱色和气相NO的光解去除率评价二氧化钛薄膜的光催化活性。所制备的薄

2、膜用红外光谱(FTIR)，x射线衍射(XRD)，紫外可见光谱(UV．vis)，热重分析(TO)，扫描电子显微镜(SEM)，荧光光谱(PL)和光电子能谱(XPS)进行表征。用液相沉积法在石英玻璃上制各了二氧化钛薄膜，并在不同的温度下进行热处理，用甲基橙水溶液的降解脱色评价二氧化钛薄膜的光催化活性。结果表明，所制备的Ti02薄膜不仅含有Ti和O元素，而且含有少量的F．N，si元素。其中F和N元素来源于前驱体溶液，且Ti02薄膜中的F元素含量随热处理温度的升高而减少。薄膜中的Si元素来源于二部分．其中一部分来源于反应液与石英玻璃基片反应所生成的[SlEd2。离子，另一部分则来自于薄膜在高温热处

3、理(7000C或高于7000C)过程中从石英玻璃表面扩散到薄膜中的Si元素。这两部分的Si进入Ti02薄膜中导致Si02fri02复合薄膜的形成。当热处理温度低于4000C时．薄膜没有光催化活性，这是由于此时薄膜由无定形Ti02组成。随热处理温度的升高，薄膜的光催化活性逐渐增加，这是由于薄膜中锐钛矿相Ti02的形成和Ti02晶化程度的提高。经7000C热处理的薄膜具有最高的光催化活性，这是因为薄膜中作为吸附中心的Si02含量增加和此时薄膜具有更好的晶化程度。同时，此时Si02／Ti02复合薄膜的荧光光谱显示最低的荧光强度．这表明此时薄膜中的光生电子和空穴的复合速率最低，因而更有利于物质的

4、光催化降解。当热处理温度高于7000C时，武汉理工大学硕士学位论文薄膜的光催化活性下降．这是由于薄膜中晶相二氧化钛的烧结和成长导致样品的表面积下降以及金红石相的形成。用液相沉积法在不锈钢表面制备了铁掺杂二氧化钛薄膜，并用气相NO的光解去除率评价薄膜的光催化活性。结果表明，薄膜中的铁离子明显影响了二氧化钛薄膜的光催化性能。薄膜中的铁离子来源于二部分，其一是来源于反应溶液与不锈钢基片反应所生成的【FcF6P离子，其二则来自于样品在5000C或高于5000C热处理过程中从不锈钢基片表面扩散到薄膜中的Fe元素。当热处理温度低于4000C时，铁掺杂二氧化钛薄膜对于NO的光解没有活性，这是由于此时的

5、薄膜由无定形二氧化钛组成。当热处理温度等于或高于4000C时，由于锐钛矿相Ti02的形成使薄膜表现出明显的光催化活性。在5000C时，薄膜样品具有最高的光催化性能，这是由于薄膜中锐钛矿Ti02晶化程度的提高和此时样品中含有适量铁离子含量。因为薄膜中适当的铁离子含量有利于光生电子和空穴的有效分离。然而，当热处理温度高于5000(3时，Ti02薄膜的光催化活性下降，这是由于样品中含有过多的铁离子。因为薄膜中过多的铁离子成为光生电子和空穴的复合中心，导致薄膜的光催化活性下降。经9000C热处理的样品，其光催化活性最低，这是由于Ti02薄膜中不仅含有过多的铁离子，而且二氧化钛在此温度下发生烧结，

6、成长和金红石的形成。另外，用甲基橙水溶液的光催化降解评价这种薄膜的液相光催化性能。其结果表明，随热处理温度的增加，Ti02薄膜光催化剂在液相中表现出和气相相一致的光催化活性，因而进一步证明了此薄膜在5000C时具有最高的光催化活性。对于液相沉积法制备的Ti02薄膜．基片对薄膜的组成和表面形貌有明显的影响。本实验中，在石英玻璃，普通玻璃和不锈钢表面制备了Ti02复合薄膜，并讨论基体对薄膜的元素组成和表面形貌的影响，提出这种复合薄膜的形成机理。实验证明，此复合薄膜具有更高的锐钛矿．金红石相转变温度(约9000c)，这是因为薄膜中一些化学键(如在普通玻璃和石英玻璃表面上形成的si．O．Ti键和

7、在不锈钢表面上形成的Fe-O．Ti键)的形成抑制了锐钛矿向金红石转变，使其相转变温度升高。同时，在普通玻璃上所制备的Ti02薄膜比在石英玻璃上制备的薄膜具有更多的si元素，这是由于普通玻璃具有更低的热稳定性，因而在热处理过程中，si更易从玻璃基片表面扩散V茎竖堡三盔堂堡主堂垡迨壅到薄膜中。在不锈钢上制各的薄膜表面有少量的裂纹，这主要是由不锈钢基片和Ti02薄膜的线性热膨胀系数不同，因而在热处理升温和降温过程中，薄膜易出现裂纹。对于用