離子摻雜對TiO2光催化薄膜性能的影響研究.pdf

1、采用溶膠-凝膠法制備了TiO2薄膜,通過DSC、XRD、SEM、UV-Vis等手段研究了溶液PH值和熱處理溫度對TiO2的晶相結(jié)構(gòu)、晶粒大小、薄膜表面形貌、UV-Vis性能及光催化效率的影響;研究了Fe3+、La3+不同離子摻雜對薄膜的各性能參數(shù)以及光催化效率的影響;最后提出離子共摻雜的方法,研究了共摻雜的協(xié)同作用對薄膜各性能參數(shù)的影響。主要內(nèi)容如下:
　　1)薄膜的形成過程中,溶液的 PH值和熱處理工藝對薄膜的性能影響較大。研究

2、表明:PH值較大或較小對溶膠的穩(wěn)定性以及成膜的性質(zhì)都有不利的影響,最佳的溶膠制備PH值為7;薄膜的熱處理升溫過程中,通過延長100℃溫度點的熱處理時間,薄膜的機(jī)械性能得到提高;要得到晶型結(jié)構(gòu)完整的銳鈦礦相 TiO2,熱處理最高溫度應(yīng)大于450℃;隨熱處理溫度的升高,TiO2的晶粒度隨之增大,晶化程度越好,500℃開始有金紅石相出現(xiàn);隨著熱處理溫度升高,薄膜的紫外波段吸收會發(fā)生紅移,可見波段的透射率降低。熱處理溫度最佳值為500℃左右,相

3、應(yīng)的甲基橙降解效率最高為49％。
　　2)單相摻雜條件下,Fe3+摻雜抑制了TiO2的晶相轉(zhuǎn)變,促進(jìn)了晶粒的增長,拓寬了薄膜的紫外及可見吸收范圍。Fe3+摻入量為0.1%時,對薄膜的綜合改性作用最佳,此條件下甲基橙的降解效率達(dá)到62%;La3+離子的摻雜抑制了 TiO2的晶相轉(zhuǎn)變和晶粒增長,摻雜后薄膜的UV-Vis吸收發(fā)生藍(lán)移,光生載流子的激發(fā)能增強(qiáng)。此外,La3+離子的摻雜也在薄膜中引入了載流子的復(fù)合中心,提高了光量子產(chǎn)率,摻雜

4、后薄膜的光催化能力得到提高。綜合研究結(jié)果得出 La3+的最佳摻雜比為0.5%,相應(yīng)甲基橙的降解效率為64%。
　　3)不同離子的摻雜對 TiO2改性作用的角度和機(jī)理各不相同,通過采用 Fe3+和La3+兩種離子的共摻雜,利用二者的協(xié)同效應(yīng)對TiO2光催化薄膜進(jìn)行改性。XRD表明,共摻雜抑制了TiO2的晶相轉(zhuǎn)變,細(xì)化了薄膜的晶粒,薄膜的UV-Vis吸收總體上較無摻雜的薄膜紅移。綜合研究結(jié)果表明,共摻雜后薄膜的光催化效率高于單相摻雜和