纳米TiO_2自清洁薄膜的N离子掺杂和SiO_2复合改性

【摘要】：采用廉价的TiCl4作为前驱体,以N离子掺杂以及SiO2复合对纳米TiO2进行改性,制备出了无需热处理就具有良好性能的TiO2溶胶。通过浸渍提拉法镀膜,获得了性能优异的TiO2涂层。 采用XRD、TG-DSC、SEM、AFM、XPS等手段对溶胶和薄膜进行表征和分析。研究结果表明：改性样品中,最优N离子掺杂量为5%(与Ti的摩尔比),最优SiO2复合量为0.3(与Ti的摩尔比)。溶胶样品中含有结晶良好的锐钛矿TiO2,改性后的TiO2颗粒粒径减小,薄膜成分与溶胶成分保持一致。在粉末加热到1000℃整个过程各样品的失重在16%左右,进行SiO2复合的样品具有更高的热稳定性。在SiO2复合样品中,Si元素主要以两种形式存在：SiO2和Ti-O-Si键,在N离子掺杂样品中,N离子主要是进入TiO2晶格。薄膜表面由TiO2的二次粒子堆积而成,呈不规则球形,三维形貌为尖塔状突起结构,其中改性后的样品表面颗粒更为细小,成膜更为致密。三层薄膜具有最优的光催化性能,其厚度约为150nm。 改性和未改性TiO2薄膜都具有较高的透光率、耐腐蚀性和粘附能力,改性后的样品的吸收光谱发生红移。在紫外光照射下,改性后的溶胶样品70min后对亚甲基蓝的降解率都达到95%以上,且可见光降解率明显高于未改性样品,具有更优异的紫外和可见光的光催化性能；改性后的薄膜的最终水接触角可达到0°,显示出更优越的亲水性能；改性后的薄膜对油酸的分解能力明显提高,具有更强的自清洁性能。 【关键词】：纳米TiO_2 N离子掺杂 SiO_2复合 光催化性 亲水性 自清洁性
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-28
• 1.1 纳米TiO_2光催化材料的发展历程10-11
• 1.2 自清洁涂层的原理11-13
• 1.2.1 光催化性11-12
• 1.2.2 亲水性12-13
• 1.3 纳米TiO_2的制备13-17
• 1.3.1 气相法14-15
• 1.3.2 液相法15-16
• 1.3.3 固相法16-17
• 1.4 纳米TiO_2薄膜的制备17-18
• 1.4.1 浸渍提拉法17
• 1.4.2 旋转法17-18
• 1.4.3 喷涂法18
• 1.4.4 毛细管涂镀法18
• 1.4.5 照相凹版涂镀法18
• 1.5 自清洁性能的影响因素18-21
• 1.5.1 TiO_2光催化活性的影响因素18-20
• 1.5.2 TiO_2亲水性的影响因素20-21
• 1.6 自清洁性能的提高21-23
• 1.6.1 半导体复合22
• 1.6.2 非金属掺杂22
• 1.6.3 贵金属沉积22-23
• 1.6.4 金属离子掺杂23
• 1.7 自清洁纳米TiO_2的应用23-26
• 1.7.1 自清洁玻璃24-25
• 1.7.2 自清洁陶瓷25
• 1.7.3 自清洁涂料25
• 1.7.4 自清洁纺织品25-26
• 1.8 论文选题依据、研究内容及创新点26-28
• 1.8.1 选题依据26-27
• 1.8.2 研究内容27
• 1.8.3 创新点27-28
• 2 实验制备与表征方法28-36
• 2.1 溶胶的制备28-30
• 2.1.2 实验准备29
• 2.1.3 实验步骤29-30
• 2.2 薄膜的制备30-31
• 2.2.1 基片的清洗30-31
• 2.2.2 薄膜的制备31
• 2.3 光催化性能测试31-32
• 2.4 亲水性能测试32-33
• 2.5 自清洁性能测试33
• 2.6 溶胶和薄膜的光学性能测试33
• 2.7 溶胶和薄膜的表征方法33-35
• 2.7.1 X-衍射分析(XRD)33-34
• 2.7.2 薄膜厚度测量34
• 2.7.3 TiO_2粉末的差热—失重分析(DSC-TG分析)34
• 2.7.4 扫描电镜分析(SEM)34
• 2.7.5 X光电子能谱分析(XPS)34
• 2.7.6 原子力显微镜分析(AFM)34-35
• 2.8 本章小结35-36
• 3 溶胶的表征与性能测试36-48
• 3.1 溶胶的光催化性能36-40
• 3.1.1 溶胶的紫外光催化性能36-38
• 3.1.2 溶胶的可见光催化性能38-40
• 3.2 纳米TiO_2粉体的XRD分析40-42
• 3.3 纳米TiO_2粉体的DSC-TG分析42-43
• 3.4 纳米TiO_2粉体的XPS分析43-46
• 3.5 TiO_2溶胶的UV-Vis吸收光谱分析46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 4 薄膜的表征与性能测试48-64
• 4.1 纳米TiO_2薄膜的XRD分析48
• 4.2 薄膜的SEM表征与分析48-50
• 4.3 薄膜的AFM表征与分析50-51
• 4.4 薄膜厚度的测量51-52
• 4.5 薄膜的光学性能测试52-54
• 4.6 薄膜的光催化性能54-55
• 4.6.1 薄膜层数与可见光催化性能之间的关系54-55
• 4.6.2 薄膜的日光催化性能55
• 4.7 薄膜亲水性研究55-61
• 4.8 薄膜自清洁性能分析61-63
• 4.9 本章小结63-64
• 5 结论与展望64-66
• 5.1 结论64-65
• 5.2 展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-72
• 附录72

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