水体中常见无机阴离子对TiO_2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)的影响

选择了5种水体中常见的阴离子(Cl-,SO24-,HCO3-,NO3-以及HPO24-/H2PO4-),分别考察了其对TiO2薄膜光催化还原模拟Cr(Ⅵ)废水的影响.从上述离子的光吸收,对.OH的捕获作用以及与Cr(Ⅵ)的竞争吸附三个方面讨论了上述离子影响TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)速率的原因.结果表明,体系酸性越强,越有利于Cr(Ⅵ)的还原;在pH值约为6时,HCO3-,Cl-和SO24-对TiO2薄膜光催化还原Cr(Ⅵ)具有促进作用,NO3-具有抑制作用,H2PO4-/HPO24-在低浓度时具有促进作用,而在高浓度时具有抑制作用.造成上述结果的主要原因是Cl-,SO24-和HCO3-具有较强的.OH捕获作用和在TiO2表面较低的吸附能力;H2PO4-/HPO42-在TiO2表面具有较强的吸附能力;NO3-对紫外光吸收作用降低了TiO2表面的紫外光强度以及自身光化学反应产生了.OH.

铁离子掺杂TiO_2薄膜光催化降解无水肼废水的研究

研究Fe3+掺杂的TiO2薄膜对无水肼废水光催化降解作用,考察了影响Fe3+掺杂的TiO2薄膜光催化降解无水肼废水的效果的相关因素,结果表明:当Fe3+掺杂TiO2薄膜的摩尔分数为0.5%,煅烧温度为500℃,煅烧时间为3h,并且无水肼废水为中性或弱碱性,催化降解温度在30℃左右时,Fe3+掺杂的TiO2薄膜的催化效果最好。

纳米TiO_2薄膜的制备及性能表征

采用溶胶-凝胶法制备了以玻璃为基底具有高光催化活性,表面均匀、透明、无裂纹的纳米TiO2薄膜。研究了反应物配比对薄膜表面形貌、透光率和光催化活性的影响,确定了最佳反应物配比。采用扣除背景干扰的方法,利用甲基橙的降解率对TiO2薄膜的光催化性能进行了评价,对其透光率、光催化活性以及物相形貌进行了表征。结果表明,在最佳反应物配比条件下,所制备的TiO2薄膜表面光滑平整,粒径为纳米级且分布均匀,具有80%高透光率和99%高光催化活性。

液相沉积法制备(004)取向的TiO_2薄膜

采用液相沉积法(LPD)制备二氧化钛薄膜,探索p H值对二氧化钛薄膜样品成份、结构和性能的影响,利用XRD、FESEM、UV等方法对薄膜的结构、形貌以及光学特性进行表征。结果表明LPD制备的二氧化钛薄膜为锐钛矿相,可见光透过率高达80%,具有明显的(004)取向;薄膜的结构和光学特性依赖沉积液p H值,p H=2.03时所制备的薄膜取向性最佳,柱状晶粒排列整齐。

N掺杂TiO_2薄膜的光催化性能研究

开发具有可见光活性的光催化剂,在污染物处理和光能转换等方面,都有很大的应用价值。掺杂改性则是实现TiO_2可见光活性的重要手段之一。文献表明,在非金属元素掺杂中,N掺杂效果最为理想,已经成功地将光响应波长红移到可见光区,取得了很好的光催化活性。目前所制备的N掺杂TiO_2光催化剂主要有粉末和薄膜两种。粉末状催化剂较易制备,但存在难以回收的缺点;而采用简单方法制备高催化效率的薄膜仍存在一些困难。采用溶胶-凝胶法制备了N掺杂改性的TiO_2薄膜以及SiO_2/TiO_2、FeCe/SiO_2/TiO_2等类型的复合薄膜,研究了镀膜的类型和层数、热处理温度和气氛,尿素、硫脲等不同氮源和掺杂量对薄膜光催化性能的影响;并且采用XRD、SEM、XPS、AES等分析了膜层的成分、相结构、表面形貌、膜厚、附着力,结合掺杂离子的类型、浓度、能级、电子构型、半径和化合价等因素,研究工艺条件对TiO_2的能带、异质结构的影响,研究了玻璃薄膜光催化活性变化的机理,特别是对TiO_2吸收边红移的作用机理。

脉冲激光沉积过程中TiO_(2)等离子体状态诊断及薄膜特性的研究

脉冲激光沉积技术由于具有较高的沉积速率和良好的兼容性,已广泛应用于各种纳米薄膜材料的制备.探究激光等离子体状态与沉积薄膜特性之间的关系,有助于进一步调控与优化脉冲激光技术对薄膜材料的沉积.本文将等离子体状态诊断与沉积薄膜性能相结合,讨论了不同脉冲激光能量下等离子体状态对沉积薄膜性能的影响.结果表明,低烧蚀能量下产生的等离子体更有助于获得质地更好,且与靶材晶相一致的优良薄膜材料.该结果也为探索和调控沉积过程提供参考.

沉积参数对TiO_(2)纳米薄膜的显微结构和光学性能的影响

采用直流脉冲磁控溅射的方法,在有机玻璃上沉积了纳米TiO_(2)光学薄膜。研究了沉积功率、基片温度等参数对TiO_(2)薄膜结构及光学性能的影响。借助椭圆偏振光测试仪、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、分光光度计、原子力显微镜(AFM)等表征手段分析了薄膜的光学特性、元素组成、结晶性能及显微结构。结果表明:随沉积功率的增加,薄膜氧含量降低,粒径减小,折射率递增,可见光波段的透过率和反射率递减;随基片温度上升,薄膜的沉积速率降低,这促进了薄膜粒子的聚集,在光学方面表现为随温度上升,折射率及可见光透过率同时增加;TiO_(2)薄膜的禁带宽度在3.12~3.16eV之间,随沉积功率增加和基片温度上升,其禁带宽度递减。

TiO_(2)纳米线薄膜的水热法合成及其光催化性能研究

以钛箔为钛源和基底,NaOH为形貌控制剂,采用水热法制备TiO_(2)纳米线薄膜.通过调控NaOH溶液的浓度,研究了形貌控制剂用量对样品晶体结构、表面形貌、光催化性能的影响,并对TiO_(2)纳米线薄膜的形成机理进行了阐述.通过SEM、XRD对样品进行表征及光催化降解,实验结果表明:随着NaOH溶液浓度的增加,TiO_(2)纳米线薄膜的表面形貌和光催化活性也随之改变;当NaOH溶液浓度为1 M时,所制得的锐钛矿型TiO_(2)薄膜表面具有均匀的一维纳米线形貌;样品在紫外光下照射10 h后,甲基橙溶液的光催化降解率达到了90%.

不锈钢双极板涂层-TiO_(2)薄膜的导电耐腐蚀行为研究

为了提高燃料电池金属双极板的导电耐腐蚀性,本文采用原子层沉积(ALD)工艺,在不锈钢316L上制备了TiO_(2)纳米薄膜,对比了不同加热温度以及基板加热与否时薄膜的导电耐腐蚀性能。结果表明,当加热250℃且基板不加热时,0.84 V恒电位腐蚀24 h,双极板涂层-TiO_(2)薄膜的电流密度最小,为1×10^(-10)A/cm^(2),且腐蚀前后接触电阻相对较小,导电和耐腐蚀性能均表现优异。通过XPS分析腐蚀前后薄膜表面的成分结构,发现二氧化钛保持了较稳定的结构,接触电阻增大主要源于表面C的氧化。

通过氢还原热处理提升TiO_(2)薄膜的抗菌性能

提升在可见光区间的抗菌效率一直是二氧化钛(TiO_(2))抗菌性能研究的重要方向.采用脉冲激光沉积(PLD)制备TiO_(2)薄膜,并通过氢还原热处理的方法提升TiO_(2)表面的氧空位浓度从而增强其抗菌性能.结果发现,在以单晶氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为衬底时,生长的TiO_(2)薄膜为高度择优取向的锐钛矿相.生长温度越高,锐钛矿相的XRD衍射峰越强,薄膜越致密.将在600℃下生长的350 nm厚的TiO_(2)薄膜进行抗菌性能测试,发现其抗菌率约为86%.对样品进一步在4%H2氛围下进行还原处理,发现其抗菌率提升到约为97%.通过XPS、UV-Visible和PL测试,发现TiO2经过还原热处理后在其表面形成更多的氧空位,在TiO_(2)带隙中形成氧空位缺陷能级,导致在可见光区域吸光性能增强,使其具有更高的抗菌性能.通过氢还原过程调控材料的缺陷组成,并研究TiO_(2)薄膜的光催化抗菌性能及抗菌机理.这种简易的调控TiO_(2)光吸收的方法可为规模生长提供技术可行性.

Al掺杂对TiO_(2)薄膜结构及光学性能的影响

通过溶胶-凝胶法制备了本征TiO_(2)和Al掺杂的Al-TiO_(2)薄膜样品.采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、薄膜测厚仪对制备的薄膜样品的性能进行了分析.分析表明:与本征TiO_(2)薄膜相比,Al的掺杂使(101)晶面对应的衍射峰发生了一定角度的偏移,TiO_(2)的基本结构没有发生改变,晶粒尺寸缩小,晶面结构得到细化,扩大了薄膜的比表面积.随着Al掺杂量的增加,Al-TiO_(2)薄膜样品的光吸收度发生不同程度的改变,光学带隙值与本征TiO_(2)薄膜相比有所减小.当Al掺杂量为3at%时,所得薄膜样品结晶质量良好,晶粒分布均匀,吸光度表现最佳,带隙值最小为3.249eV.

基于丝网印刷法制备的Pd/TiO_(2)薄膜用于光催化CO_(2)转化

光催化剂的固载化对其应用和回收有重要意义。首先以钛片作基底,乙基纤维素和松油醇作粘结剂,采用丝网印刷法制备TiO_(2)薄膜(w-xfilm-y,其中w为粘结剂与TiO_(2)质量比,x为印刷层数,y为焙烧温度),最后用光沉积法负载Pd颗粒制得Pd/TiO_(2)薄膜(负载型薄膜催化剂w-xfilm-y-0.18Pd,其中0.18为Pd的质量分数)。以颗粒催化剂(P-z-Pd,其中z为Pd质量分数)作对照,测试了两种气氛(CO_(2)和H_(2)、CO_(2)和C2H6)下w-xfilm-y-0.18Pd的光催化CO_(2)转化性能。采用XRD、HRTEM和XPS等表征了w-xfilm-y-0.18Pd的结构和活性中心,采用UV-Vis DRS和ESR技术分析了w-xfilm-y-0.18Pd的光学性质和活性物种。结果表明,丝网印刷一层的TiO_(2)薄膜的厚度为5μm,负载Pd颗粒后TiO_(2)薄膜的光吸收能力增强,TiO_(2)颗粒固载化不影响TiO_(2)的晶型,但影响了Pd颗粒的表面分散,导致Pd颗粒的粒径从2.3 nm增加到3.9 nm。w-xfilm-y-0.18Pd表面负载的Pd颗粒作为电子捕获阱,定向迁移光生电子至Pd颗粒负载面进行富集,强化了CO_(2)加氢制CH_(4)性能,与P-0.25-Pd相比,CH_(4)生成速率从26.0μmol/(g·h)提高到198.5μmol/(g·h)。w-xfilm-y-0.18Pd负载的Pd颗粒粒径增大,光照时羟基自由基数量减少,导致其催化CO_(2)氧化C2H6脱氢制C2H_(4)性能较差,与P-0.25-Pd相比,C2H_(4)生成速率从479.9μmol/(g·h)降低至42.5μmol/(g·h)。

Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法(Sol-Gel Spin-Coating Method)制备了Al掺杂量为3.00at%,N掺杂量分别为6.00at%,7.00at%,8.00at%和9.00at%的Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜样品。对样品测试的结果表明,共掺杂样品依旧保留了TiO_(2)的基本结构,并且Al/N共掺杂样品的晶粒尺寸有不同程度的减小,使样品表面得以修饰,变得更加均匀、平整。共掺杂样品吸收边都出现了不同程度的红移,在紫外光区以及可见光区的吸光性都有所增强。N掺杂量为7.00at%时,(101)衍射峰值最大,峰型最尖锐,所得到的TiO_(2)薄膜的光学性能最好。共掺杂后的样品与本征TiO_(2)相比带隙值都有所减小,且最小值为2.873 eV。以上结果表明Al/N共掺杂TiO_(2)薄膜使其光学性能得到了改善。

溶胶-凝胶法制备Ag/TiO_(2)纳米薄膜及其陶瓷表面抗菌性能研究

为提升TiO_(2)在陶瓷表面的光催化性能和抗菌性能,以钛酸四丁酯、无水乙醇、硝酸银为原料,乙酰丙酮和硝酸作为催化抑制剂,采用溶胶-凝胶法分别制备了TiO_(2)溶胶和Ag/TiO_(2)溶胶。以普通陶瓷片为载体,采用浸渍-提拉法制备TiO_(2)薄膜。以亚甲基蓝为目标降解物进行光催化降解实验,并探讨在不同热处理温度下对Ag/TiO_(2)薄膜光催化性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)等仪器对样品进行表征。实验结果表明:在紫外灯照射下,TiO_(2)薄膜和Ag/TiO_(2)薄膜对有机物都具有降解能力,而Ag/TiO_(2)的光催化活性更明显,在光照8 h后其光催化降解率达到了70%,热处理最佳温度为500℃;Ag/TiO_(2)薄膜具有良好的亲水性,并且对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有抑制作用。Ag/TiO_(2)薄膜有望应用到陶瓷用品上,可有效减少材料表面的有机污染物,并且经过高温处理后还可以保持良好的光催化性能。

V^+注入TiO_2光催化薄膜的性能研究

采用V+注入方法制备了能够吸收可见光的TiO2薄膜。紫外-可见光谱表明,随着V+注入量的增加,TiO2薄膜的光学带隙宽度减小。对注入后的TiO2薄膜退火可进一步减小光学带隙宽度。荧光光谱和可见光光催化实验表明,V+注入量为1×1016/cm-2时,TiO2薄膜有最佳可见光光催化降解能力。

纳米晶体钛基掺钽TiO_2薄膜的摩擦磨损性能

采用室温直流反应磁控溅射技术在纳米晶体钛表面制备掺钽TiO_2薄膜,研究了掺Ta量对纳米晶体钛基TiO_2薄膜摩擦磨损性能的影响。结果表明:在室温模拟人体体液条件下,掺钽TiO_2薄膜与不锈钢淬火钢球(Φ4mm)对摩的磨损率为10^(-6)-10^(-5)mm^3·m^(-1) N^(-1)级;随着Ta含量的增加,薄膜的摩擦系数和磨损率呈先减小后增加的趋势,掺Ta量(质量分数)为22%Ta的TiO_2薄膜具有最低的摩擦系数(0.20)和磨损率(1.5×10^(-6)mm^3·m^(-1)·N^(-1)。具有良好的抗磨性能与其硬度与弹性模量比高、抗腐蚀性强和摩擦系数低一致。

基板表面粗糙度对TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜制备及耐蚀性影响研究

本研究采用溶胶凝胶法在20#钢基板表面制备了TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜。研究了基板表面粗糙度对复合膜制备及其耐蚀性的影响。结果表明,基板表面粗糙度太大,不利于凝胶铺展成膜;而表面粗糙度太小,对凝胶膜缺少锚固作用,在干燥及热处理时容易缩膜,导致膜层破裂。当基板表面粗糙度接近1.379μm时,获得的TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜成膜质量最高。对应试样极化曲线研究发现该样品的腐蚀电位最高、腐蚀电流最小;经48 h浸泡实验后,该试样膜和基板均未被腐蚀,表明所获膜具有良好的保护性,使20#钢拥有了较高的耐蚀性。

溶胶-凝胶法制备稀土Lu掺杂TiO_(2)薄膜的附着性能及在自然光条件下的光催化性能

利用Materials Studio分析了Lu掺杂TiO_(2)的光学性质;设计正交试验采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备稀土元素Lu掺杂TiO_(2)薄膜,引入计算机图形方法分析了影响薄膜附着性能的工艺因素及规律,分析了薄膜在自然光条件下降解甲基橙的效果.结果表明:与纯TiO_(2)相比,Lu掺杂TiO_(2)的禁带宽度降低了0.18eV;pH值是影响薄膜与玻璃基体附着性能的主要工艺参数,随着pH的减小,薄膜附着性能开始增加;在650~800nm波长范围内,Lu掺杂TiO_(2)后,薄膜开始出现光的吸收现象,在400~650nm波长范围内光的吸收强度提高了40%~90%;在自然光条件下,在经过180h的自然光照后,Lu掺杂TiO_(2)薄膜对甲基橙溶液的降解率达55%.

TiO_(2)薄膜对金刚石磨削性能的影响

采用溶胶-凝胶法在金刚石表面涂覆TiO2薄膜。利用扫描电镜、能谱以及红外光谱等手段对涂膜后金刚石磨料表面形貌、结构和成键情况进行分析,研究在不同进刀量时TiO2薄膜对金刚石磨削性能的影响。结果表明:磨料表面的TiO2薄膜可以保护金刚石磨料在烧结过程中不受结合剂中碱金属氧化物的侵蚀,提高结合剂对金刚石的润湿性;在进刀量为5μm/s时,与未涂膜金刚石砂轮相比,涂膜金刚石砂轮对硬质合金(WC,6%(质量分数)Co)的磨耗比提高121%。

Ag/Zn共掺杂TiO_(2)薄膜的制备及其光学性能

采用溶胶-凝胶旋涂法制备本征TiO_(2)、Ag单掺Ag-TiO_(2)及Ag/Zn共掺Ag/Zn-TiO_(2)的薄膜样品.测试结果表明:所有TiO_(2)薄膜样品的主要晶面是(101)且没有其他杂质晶面.Ag的掺杂使得样品的晶粒尺寸减小,样品的吸收边出现红移,带隙能减小,最小值为3.476 eV.与本征TiO_(2)和Ag-TiO_(2)相比,随着Zn掺杂原子数分数的增加,样品的(101)衍射峰呈现出先减弱后增强的趋势;样品的半高全宽增加,晶粒尺寸和晶面间距都减小,晶粒得到细化;薄膜的表面形貌得到修饰,变得更为平整、致密且均匀,孔隙和团簇相对较少;吸收边先蓝移后红移,吸光度增加,禁带宽度由3.515 eV减小到3.419 eV.样品中当Zn的掺杂原子数分数为2.00%时,(101)衍射峰最强,峰型最为尖锐,晶粒最小,表面形貌最佳,禁带宽度出现最小值为3.419 eV.