TiO薄膜的制备及其光催化性能表征ppt课件.ppt

TiO2薄膜的制备及其光催化性能表征 研究背景 1972年 Fujishima等首次报道TiO2电极表面光催化分解水制备氢气的实验结果 1 TiO2作为一种光催化材料因其良好的光化学稳定性 抗磨损性和廉价无毒等特点备受人们的重视 在降解污染物及杀菌方面的研究不断深入 2 3 TiO2不仅能够将有机物污染物降解为CO2和H2O 同时也可氧化分解除去大气中低浓度的氮氧化物NOx和含硫化合物H2S等有害气体 TiO2是目前公认的光催化反应非常好的催化剂 但对于悬浮水体系而言 TiO2粉末状光催化剂在使用过程中存在分散性差 利用率较低和不易回收等问题 纳米TiO2薄膜避免了上述缺点而得到广泛的关注 4 6 Ref 1 FUJISHIMAA HONDAK Nature 1972 238 5358 37 38 2 ICHINOSEH KAWAHARAA JCeramSocJpn 1998 106 3 344 347 3 GELei XUMingxia SUNMing MaterLett 2005 60 2 287 290 4 LEECK KIMJK LEEJH JSolGelSciTechnol 2004 31 1 3 67 42 5 SONAWANERS KALEBB DONGAREMK MaterChemPhys 2004 85 1 52 57 6 SANKAPALB LUX STEIERR ENNAOUIA ApplSurfSci 2005 239 2 165 170 TiO2薄膜的制备 制备方法主要采用溶胶 凝胶法 优点 合成温度低 纯度高 均匀性好 化学组分易控制等 制备RS是以无机盐TiOSO4 氨水为原料 H2O2 质量分数为30 为络合剂 水为溶剂 将适量已制备好的PTA溶胶加入圆底烧瓶中 在烧瓶开口处加装回流装置并通入自来水回流 然后在热煲中升温至100 煮沸 保温时间设定为2 6 10h 将相应的溶胶样品分别编号为RS 2 RS 6 RS 10 采用浸渍涂覆法在洁净的载玻片上制备TiO2薄膜 提拉速度为6cm min 湿膜用红外灯干燥30min 红外灯距薄膜距离为20cm 干燥温度保持在100 左右 重复以上过程3 4次 得到一定厚度的TiO2薄膜 制备步骤 RS和TiO2薄膜的XRD分析 RS 2已经开始出现锐钛矿相的衍射峰但比较微弱 这说明RS 2结晶度低 RS 6 RS 10均有明显的锐钛矿相衍射峰出现 表明这两种溶胶中均有结晶良好的锐钛矿相晶粒存在 随回流时间的延长 锐钛矿相衍射峰强度逐渐变得尖锐明显 这说明随回流时间的增加 锐钛矿相含量相应增加 晶粒的粒径逐渐长大 结晶程度高 为表征红外灯干燥后薄膜表面TiO2的晶相 以洁净玻璃片为参比对薄膜进行XRD分析 RS 2制备的TiO2薄膜表面没有锐钛矿衍射峰的存在 原因可能是RS 2结晶度低且薄膜表面含有的TiO2量少 衍射峰强度弱被玻璃基片干扰而不能出现 由RS 6和RS 10制备的TiO2薄膜表面含有明显的锐钛矿相衍射峰 这说明薄膜表面含有良好锐钛矿结晶相的TiO2 采用这种工艺直接干燥就可得到具有光催化活性的TiO2薄膜 RS和TiO2薄膜的XRD分析 RS 2溶胶制备的TiO2薄膜表面很平滑 看不到锐钛矿晶粒的存在 随溶胶回流时间的延长 RS 6制备的TiO2薄膜表面出现了粒径为30 40nm的球形锐钛矿相晶粒 并且晶粒之间排列非常均匀致密 薄膜中没有发现气孔 仅有少许裂纹存在 随回流时间的进一步增加 由RS 10制备的TiO2薄膜中锐钛矿相晶粒的粒径不断增大 达50 70nm 并且薄膜表面仍然保持均匀致密 但此时薄膜粗糙度有一定增加 这说明回流时间对RS中锐钛矿晶粒的粒径影响很大 随回流时间延长 RS中锐钛矿相结晶度不断提高 晶粒粒径不断增加 可见回流时间增加有助于TiO2晶粒的生长 经过回流处理的RS在较低温度可生成锐钛矿相 这些锐钛矿相的小晶粒大小相似 分布均匀 提高了体系的表面积 TiO2薄膜的SEM分析 RS 2薄膜的透光率良好 在可见光区透光率超过80 透明的薄膜有利于实际应用 3种薄膜在350nm左右均有强吸收现象 RS 2薄膜透光性最好 这是因为RS 2溶胶制备薄膜表面含有未分解完全的过氧钛酸溶胶和少量锐钛矿晶粒 对光的吸收较弱 使得RS 2薄膜透光率高 随回流时间的增加 RS 6和RS 10薄膜的透光率下降 这是因为RS 6和RS 10薄膜表面的TiO2结晶度增加 薄膜表面分布着均匀致密的锐钛矿晶粒 对可见光的反射和吸收增加 薄膜透光率下降 随反应时间不断增加 甲基橙降解率也相应增加 其中由RS 6制备的TiO2薄膜光催化性能最好 120min内甲基橙脱色率达到99 以上 TiO2薄膜的UV VIS以及光催化活性分析 结论 以无机盐TiOSO4 氨水为原料 H2O2为络合剂 通过沉淀 胶溶回流处理等步骤制备了RS 以RS为前驱体通过浸渍 涂覆法经红外灯干燥在普通玻璃基片上制备了TiO2薄膜 由RS经红外灯干燥就可得到均匀的 含有锐钛矿晶相的TiO2薄膜 并且薄膜附着力良好 随回流时间延长 薄膜表面晶粒粒径不断增加 薄膜透光率由于结晶度增加而