基于微弧氧化技術的TiO2膜制備、改性和光催化性能研究.pdf

1、TiO2具有穩(wěn)定性好、催化活性高、廉價、無毒等優(yōu)點，在光催化領域受到廣泛的關注，然而，TiO2粉末光催化劑難以回收再利用，限制了其應用范圍。利用微弧氧化可在Ti或Ti合金表面制備與基體結(jié)合緊密的多孔TiO2光催化膜層，實現(xiàn)光催化劑的負載化，在光催化領域具有良好的應用前景。但是，普通微弧氧化制備的TiO2光催化膜可見光響應能力和光量子效率低，影響其光催化活性。因此，對微弧氧化TiO2光催化膜進行改性，提高其可見光響應能力和光量子效率，改善

2、其光催化活性，對微弧氧化技術在光催化領域的推廣應用具有十分重要的意義。
　　采用微弧氧化技術，分別在包含原位Zr(OH)4膠體顆粒的電解液和NaVO3電解液中制備了ZrO2/TiO2膜和V2O5/TiO2膜；通過對微弧氧化TiO2膜(MAO-TiO2膜)進行水熱和煅燒處理，制備了復合TiO2光催化膜(MAO-H-V2O5/TiO2膜)；采用微弧氧化和水熱法相結(jié)合的方式，制備了TiO2納米管膜層。利用ESEM、FSEM、TEM、XR

3、D、XPS、UV-Vis分光光度計和熒光光度計等表征了膜層的形貌、相組成、晶體結(jié)構(gòu)和光物理特性。以羅丹明B和亞甲基藍為模型降解物，考察了膜層的光催化活性。以上工作取得了如下結(jié)果：
　　微弧氧化ZrO2/TiO2膜的相組成是銳鈦礦、金紅石和ZrO2的混合相。與TiO2膜相比，ZrO2/TiO2膜表面更加粗糙，孔隙率更高，并且其表面分布著大量的白色顆粒。TiO2膜和ZrO2/TiO2膜的光吸收截止波長分別為412nm和421nm，與T

4、iO2膜相比，ZrO2/TiO2膜的吸收光譜向長波長區(qū)域微弱移動，但ZrO2/TiO2膜在可見光范圍內(nèi)的吸光性能弱于TiO2膜。紫外光照射600min后，ZrO2/TiO2膜對羅丹明B的降解率達到35％，而TiO2膜對羅丹明B的降解率為16％。
　　V2O5/TiO2膜具有層片狀的形貌；當NaVO3的濃度為8.54g/L時，膜層表面出現(xiàn)孔洞；當NaVO3的濃度為12.2g/L時，將會導致層片狀形貌遭到破壞。當NaVO3的濃度小于6

5、.10g/L時，膜層的相組成為單一的銳鈦礦相；當NaVO3的濃度大于6.10g/L時，膜層中開始出現(xiàn)V2O5相。此外，不僅V2O5相復合在膜層中，而且V4+也置換摻雜進銳鈦礦晶格內(nèi)部。
　　與TiO2膜相比，V2O5/TiO2膜的光吸收截止波長顯著紅移，帶隙能顯著減小，并且具有較高的可見光光催化活性。隨著NaVO3濃度的增加，膜層的截止波長先增加后減小，帶隙能先變小后變大，光催化活性先增強后減弱。當NaVO3濃度為8.54g/L時

6、，光吸收截止波長達到最大值，為603nm；帶隙能達到最小值，為1.89eV；光催化活性最高，對羅丹明B在840min的時間內(nèi)的降解率為93％。
　　MAO-H-V2O5/TiO2膜表面的V2O5呈顆粒狀和團簇狀。與V2O5/TiO2膜相比，MAO-H-V2O5/TiO2膜具有更長的光吸收截止波長和更窄的帶隙能，分別為612nm和1.35eV。在紫外光和可見光照射下，MAO-H-V2O5/TiO2對亞甲基藍120min的降解率分別9

7、1％和92％。
　　在采用水熱法制備TiO2納米管膜層的過程中，隨著NaOH濃度的增加，膜層表面生成的層片狀組織由小變大，并最終卷曲包裹形成納米管，隨著NaOH濃度的進一步提高，更細、更密的納米管生成。隨著水熱溫度的升高，膜層表面形貌由層片狀組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米管，過高的水熱溫度將導致大量的微米球在膜層表面生成。
　　水熱處理之后，通過酸浸泡，鈦酸鈉納米管轉(zhuǎn)變?yōu)殁佀峒{米管，但納米管膜層形貌沒有發(fā)生改變。在400℃和500℃的煅燒溫

8、度下，膜層表面形貌基本不發(fā)生變化；煅燒溫度為600℃時，納米管開始出現(xiàn)崩塌的現(xiàn)象；700℃的煅燒溫度下，納米管完全崩塌成短的納米棒。煅燒使納米管膜層的相組成由無定形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閱尉тJ鈦礦相，并且隨著煅燒溫度的升高，膜層的結(jié)晶性逐漸得到改善，晶粒尺寸也有所增加。
　　隨著煅燒溫度的升高，TiO2納米管膜層的光吸收截止波長先增加后減小，光吸收能力先增強后減弱，帶隙能先減小后增加。經(jīng)600℃煅燒的TiO2納米管膜層具有最長的光吸收截止波長、