卤素离子对TiO2薄膜光致亲水性的影响

将卤化钾盐KX(X＝I、Br、Cl、F)分别引入至TiO₂溶胶中, 利用提拉法在载玻片上制得含有卤素离子的TiO₂-X薄膜样片, 通过测试样片紫外光照下水滴接触角的变化, 考察了不同浓度的KI以及不同卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性能的影响, 并通过测试光照后的亲水薄膜样片暗处放置不同时间后接触角的变化, 比较了含TiO₂-I和TiO₂-F薄膜样片亲水性能的持久性. 结果表明, 适量的KI有助于提高TiO2薄膜的光致亲水性, 当TiO₂溶胶中KI浓度为1.0×10^-5 mol•L^-1时, 其所制得TiO₂薄膜的光致亲水性最好, 继续增大KI浓度时, 薄膜的光致亲水性逐步下降, 当KI浓度达1.0×10^-2 mol•L^-1时, 其光致亲水性较纯TiO₂薄膜差；同时, 适量的KBr、KCl加入也有助于提高TiO₂薄膜的光致亲水性, 且随KI＞KBr＞KCl的顺序逐渐减弱, 但KF的加入降低了薄膜的光致亲水性；另外, 卤素离子的加入还有助于提高TiO₂薄膜亲水性能的持久性, 且KF＞KI. 分析认为, 卤素离子对TiO₂薄膜光致亲水性的影响与其给电子或捕获光致电子作用有关, 并提出了其作用模型, 而卤素离子与亲水基团(羟基)的氢键作用是使KX-TiO₂薄膜能够延长亲水性时间的原因.     

TiO2-V2O5纳米复合膜的制备及防腐蚀性能

采用溶胶-凝胶法和浸渍提拉技术在316L不锈钢表面构筑纳米TiO₂薄膜和“夹心”式TiO₂-V₂O₅复合薄膜（TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂）, 应用AFM和XRD表征膜的形貌及纳米颗粒的晶型. 结合光、电化学方法测试了复合膜在0.5 mol•L^-1 NaCl溶液(pH=4.6)中暗态或紫外照射条件下的防腐蚀性能. 结果表明, TiO₂/TiO₂-V₂O₅/TiO₂复合膜具有双重保护功能, 即在紫外光照下可以起到光生阴极保护的作用, 特别是当停止光照后, 光生电位仍可维持在较低的电位长达6 h以上. 同时作为表面阻挡层, 可显著提高金属的耐腐蚀性.     

表面In掺杂TiO2的N719/TiO2-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率

采用溶胶-凝胶法制备出In 表面修饰的TiO₂ (TiO₂-Inx%)纳米粒子, x%代表在In 掺杂的TiO₂样品中In³⁺与In³⁺和Ti⁴⁺离子摩尔百分含量. 利用二(四丁基铵)顺式-双(异硫氰基)双(2,2''-联吡啶-4,4''-二羧酸)钌(II)(N719)作为敏化剂, 制备出N719/TiO₂/FTO (氟掺杂锡氧化物)和N719/TiO₂-Inx%/FTO染料敏化薄膜电极. 光电转换效率实验表明, 在薄膜电极+0.5 mol·L^-1 LiI+0.05 mol·L^-1 I₂的三甲氧基丙腈(MPN)溶液+Pt 光电池体系中,N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转换效率均高于N719/TiO₂/FTO, 其中N719/TiO₂-In0.1%/FTO的光电转换效率比N719/TiO₂/FTO提高了20%. 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)、漫反射吸收光谱(DRS)、荧光(PL)光谱和表面光电流作用谱确定了TiO₂-Inx%样品中In3+离子的存在方式和能带结构; 利用表面光电流作用谱研究了N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光致界面电荷转移过程. 结果表明, In3+离子在TiO₂表面形成O-In-Cl_n (n=1, 2)物种, 该物种的表面态能级位于导带下0.3 eV处; 在光电流产生过程中, O-In-Cl_n (n=1, 2)表面态能级有效地抑制了光生载流子在TiO₂-Inx%层的复合, 促进了阳极光电流的增加, 从而导致N719/TiO₂-Inx%/FTO薄膜电极的光电转化效率高于N719/TiO₂/FTO, 并进一步讨论了光致界面电荷转移的机理.     

不同导电基底对TiO2薄膜光致亲水性的影响

分别在导电铝合金片(Al)和具有阳极氧化铝层的非导电铝片(AAO/Al), 以及铟锡氧化物导电玻璃(ITO/glass)和普通非导电玻璃(glass)表面通过提拉法制备出TiO2/Al和TiO2/AAO/Al, 以及TiO2/ITO/glass和TiO2/glass两组TiO2薄膜样品, 通过测试紫外光照下水滴接触角的变化考察TiO2薄膜的光致亲水性. 结果表明, 相对于TiO2/Al2O3/Al, 基底导电的TiO2/Al表现出较好的光致亲水性能; 而相对于TiO2/glass, 基底导电的TiO2/ITO/glass表现出较差的光致亲水性能. 分析认为, Al和ITO两导电基底和TiO2薄膜间的不同电子转移方向影响TiO2薄膜的光致亲水性能, Al片提供电子给TiO2有助于提高以光生电子为主要初级活性物种的光致亲水性, 而ITO接受TiO2的光生电子, 导致光致亲水性的下降.     

Ga掺杂纳米TiO2薄膜的制备及其光电特性

利用射频磁控溅射法在玻璃衬底上制备了Ga掺杂的TiO₂薄膜,并在真空中于550 ℃下进行了2 h的退火处理。采用XRD、SEM、UV-Vis和PL光谱对薄膜进行了表征。XRD结果提示,在溅射功率为200 W,室温下制备的TiO₂薄膜具有混晶结构,且退火后的晶粒有长大的趋势。SEM分析表明,掺Ga薄膜的颗粒分布得较为均匀并存在尺寸变小的趋势,且出现有利于提高光催化性能的岛状结构,其平均颗粒尺寸为50 nm。UV-Vis透过谱指出,掺Ga后的TiO₂薄膜吸收边发生了明显红移,且退火后进一步红移了10~50 nm。通过接触角的测量与计算可知,550 ℃退火2 h后的薄膜具有良好的亲水性。光催化降解结果表明：样品具有较强的光催化能力。当用低功率(15 W)紫外灯照射8 h后,Ga掺杂的纳米TiO₂薄膜样品对亚甲基蓝溶液的降解率最高可达到71.8%。     

锰掺杂硒硫化镉光阳极的制备与光电性能

将适量Se加入到Na2S甲醇水溶液中反应生成Na₂SSe₂阴离子前驱体, 以Cd(NO₃)2、Mn(CH3COO)2为阳离子前驱体, 通过连续离子层吸附反应(SILAR)分别制备出CdSSe₂/TiO₂或 MN²⁺掺杂的Mn-CdSSe₂/TiO₂量子点敏化光阳极。采用拉曼光谱、X射线光电子能谱和能量色散X射线能谱分析确定阴离子前驱体和量子点的价键结构和组成;通过紫外可见吸光光谱表征量子点的光吸收性能;利用J-V曲线和IPCE分别对CdS、CdSSe₂和Mn-CdSSe₂量子点敏化的TiO₂光阳极的光电性能进行了表征。实验结果表明, 采用 0.12 mol·L^-1 Se和0.5 mol·L^-1 Na2S制备的阴离子前驱体、0. 5 mol·L^-1 Cd²⁺和 0.3 mol·L^-1 MN²⁺阳离子前驱体, 通过SILAR法制备的Mn-CdSSe₂/TiO₂光阳极, 能量转换效率比CdSSe₂/TiO₂和CdS/TiO₂光阳极分别提高了90%和247%。     

不同浓度Sn4+离子掺杂TiO2的结构、性质和光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO₂和不同浓度Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂光催化剂(TiO₂-Snx%, x%代表Sn⁴⁺离子掺杂的TiO₂样品中Sn⁴⁺离子摩尔分数). 利用X 射线衍射(XRD)、X 射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了TiO₂-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构, 结果表明: 当Sn⁴⁺离子浓度较低时, Sn⁴⁺离子进入TiO₂晶格, 取代并占据Ti⁴⁺离子的位置, 形成取代式掺杂结构(Ti_1-xSn_xO₂), 其掺杂能级在导带下0.38 eV处; 当Sn⁴⁺离子浓度较高时, 掺入的Sn⁴⁺离子在TiO₂表面生成金红石SnO₂, 形成TiO₂和SnO₂复合结构(TiO₂/SnO₂), SnO₂的导带位于TiO₂导带下0.33 eV处. 利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO₂-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程, 结果表明, Sn⁴⁺离子掺杂能级和表面SnO₂能带存在促进光生载流子的分离, 有效地抑制了光生电子与空穴的复合; 然而, Sn⁴⁺离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命, 提高了光生载流子的分离效率, 从而揭示了TiO₂-Snx%催化剂的光催化机理.     

太阳光下高光催化活性Pr-N-P三元掺杂锐钛矿TiO2纳米片

利用溶胶-凝胶和溶剂热联合技术制备了Pr-N-P三元掺杂锐钛矿TiO₂（PrNPTO）纳米片,并采用X射线衍射、透射电镜、N₂吸附、X射线光电子能谱、UV-vis吸收谱和光致荧光光谱分析技术对其进行了表征.当Pr掺杂量为1.75wt%,焙烧温度为550℃时,制得的PrNPTO在可见和紫外光下光催化降解亚甲基蓝（MB）活性最佳.在模拟太阳光照射下,PrNPTO也表现出优越的光催化降解4-氯酚性能（k_app=3.90×10^-2min^-1）,优于未掺杂、单掺杂和双掺杂TiO₂样品,其光活性是P25TiO₂的3.33倍（k_app=1.17×10^-2min^-1）.PrNPTO光活性的提高归因于Pr-N-P三元掺杂增强了紫外和可见光吸收,降低了光生载流子复合,增加了表面羟基以及改善了表面织构特性.在模拟太阳光照射下,PrNPTO光催化效率高且光催化性能稳定,适合于环境净化领域的实际应用.     

双介孔结构的纳米TiO2/I2复合材料的制备及其可见光催化性能

以钛酸丁酯为前驱体, 碘溶胶为碘源, 在室温下采用水解沉淀法制备了单质碘和纳米TiO₂复合的双介孔结构光催化剂(M-I₂-TiO₂). 采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、比表面分析(BET)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射光谱和傅里叶变换-红外光谱(FT-IR)对M-I₂-TiO₂进行了表征. 以次甲基蓝(MB)溶液为模拟废水, 对M-I₂-TiO₂的光催化性能进行了评价, 研究了不同热处理温度对光催化活性的影响. 结果表明, M-I₂-TiO₂在可见光区有显著的吸收, 300 ℃热处理得到的样品比表面积高达227.6 m²/g, 600 ℃热处理所得样品的比表面积仍高达111.8 m²/g, 而400 ℃热处理所得样品具有最好的光催化降解性能. 双介孔结构纳米TiO₂/I₂复合材料的光催化降解性能显著高于相同方法制备的纯TiO₂和Degussa P-25商业产品. 催化剂经6次重复使用其光催化活性基本保持不变.     

香豆素343敏化TiO2纳米粒子光致电子转移的荧光和拉曼光谱

通过对香豆素343(C343)染料敏化TiO₂纳米粒子光致电子转移的荧光和拉曼光谱特性的研究表明,C343染料敏化TiO₂纳米粒子稳态吸收光谱和稳态荧光光谱的红移归因于从被吸附的C343染料分子激发态和C343/TiO₂复合物到TiO₂纳米粒子导带的光致电子转移. 由时间分辨荧光光谱确定了C343染料敏化TiO₂纳米粒子的逆向电子转移速率常数为τ₁=31 ps. C343 染料敏化TiO₂纳米粒子体系拉曼光谱的研究表明, 被吸附在界面处的染料分子主链碳键的伸缩振动和碳环的呼吸运动的振动模式对超快界面光致电子转移有着重要的促进作用.     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的光电化学行为

在室温下采用射频磁控溅射法制备了纳米晶粒的TiO2薄膜,用循环伏安法研究了ITO/TiO2薄膜电极的光电化学行为,并测量了相应TiO2薄膜的亲水性与光催化能力.结果表明,在室温下制备的TiO2薄膜为无定形结构,当退火温度超过400 ℃时转化为锐钛矿结构.在400 ℃下退火的TiO2薄膜具有良好的亲水性和光催化能力. TiO2薄膜电极用254 nm的紫外光照射一定时间后会产生新的氧化峰,且随着光照时间的增加,峰电流也增加.初步认为用紫外光照射一定时间后, TiO2薄膜的循环伏安图的氧化峰属于光生的Ti3＋,而光致亲水性可能与Ti3＋的生成有关.     

紫外光下纳米TiO2 薄膜亲水性机理的电化学研究

The nanometer films of TiO2 were prepared by sol-gel method on ITO（Indium-tin oxide,SnO2:In） substrate. The TiO2 film was the anatase phase with a particle size of 100 nm from the measurements of X-ray diffraction and AFM（Atomic-Force-Microscope）. Electrochemical characteristics of ITO/ TiO2 electrode under UV（ultraviolet）irradiation were investigated using the method of cyclic voltammetry. A new oxidative peak was observed at 0.035 V when the TiO2 electrode was irradiated by 253.7 nm UV light for a certain time. The peak current increased with the irradiation time. It was assumed that the new oxidative peak resulted from Ti3+,which was formed during the UV illumination. The changes of hydrophilicity of the TiO2 thin film on ITO under UV light were also observed. It was assumed that the changes of hydrophilicity of the films may be related with the formation of Ti3+ on the surface when the film was irradiated by UV light.     

溶胶法制备的二氧化硅与二氧化钛复合薄膜的性能

在室温下, 采用溶胶法在玻璃基板上制备了厚度约为100 nm的均匀、透明的纳米SiO2-TiO2复合薄膜.研究了不同温度处理后薄膜的超亲水性、光催化能力等光致活性.通过XPS对薄膜表面及近表面元素的化学态的研究发现, Ti在表面及近表面不仅以Ti4＋形式存在, 也存在少量Ti3＋.紫外光照射后, 部分Ti4＋ 转变成了Ti3＋. XRD研究表明, 该薄膜中的TiO2主要以锐钛矿形式存在, 而且其晶粒大小为14～20 nm.用AFM研究了SiO2-TiO2薄膜的表面形貌及不同的温度处理对TiO2颗粒大小的影响.     

微乳-水热法制备具有自清洁功能的TiO2薄膜

采用热陈化微乳液及浸渍-提拉技术,制备了具有自清洁功能的TiO2薄膜。 考察了微乳液中表面活性剂十二烷基苯磺酸（DBS）的用量对TiO2薄膜的表面形态和微观结构的影响。 进而对合成的TiO2薄膜的光催化活性、光致亲水性能及实际环境中的自清洁效果进行了测试评价。 随着表面活性剂DBS用量的增加,微乳液中的分散质点尺寸减小,但热陈化后所获得的TiO2粒子表现出凝集现象。 在DBS用量为0及58 mg/L时,所获得薄膜表面较为平整,由15~20 nm大小的TiO2粒子组成。 这些薄膜在无紫外光照射时,水接触角增大的速度较慢,并且在紫外光照射下能迅速恢复其超亲水性能。 将薄膜置于室外25 d后其表面无灰尘粘结,水接触角由原来的0°增大至14°~18°。 当DBS用量为580 mg/L以上时,薄膜表面起伏不平,粗糙度过大,对应TiO2薄膜光致亲水性能较差,室外放置25 d后,水接触角由原来的0°增大至46°~48°。     

不同波长紫外光照下纳米TiO2薄膜的光致亲水性与循环伏安行为

通过溶胶-凝胶方法分别在ITO和玻璃表面制备了纳米TiO_2薄膜，研究了纳米 TiO_2薄膜在254及365nm的紫外光照射下的循环伏安行为和光致超亲水性。在紫外 光的照射下，TiO_2薄膜电极可表现出两个光电化学过程，纳米TiO_2薄膜的光致超 亲水性转变及两个光电化学过程的速率均取决于紫外光的波长，原因在于纳米 TiO_2薄膜对两种波长的光的吸收率和光子的能量不同。提出了光电化学过程的机 理，认为紫外光照射下纳米TiO_2薄膜的超亲水性变化与产生Ti~(3+)的过程引起的 表面微观结构变化存在的一定的内在联系。     

高湿度下紫外光辐射对sol-gelTiO_2薄膜强度、结构和亲水性能的影响

应用sol-gel法制备了TiO_2薄膜，在321 K和高湿度下应用500 W高压汞灯对薄 膜进行辐射处理，应用划痕法测定了薄膜的强度。利用红外光谱（IR）、拉曼光谱 （Raman）和接触角仪研究了光辐射对薄膜和结构和亲水性能的影响，结果表明高 湿度下紫外光辐射可以促使刚制备TiO_2薄膜中的羟基、有机基团脱落和Ti-O-Ti结 构生成，使TiO_2薄膜的强度、晶化程度显著提高和薄膜在可见光区域吸收增加。 刚制备的sol-gel TiO_2薄膜的亲水性能随着光辐射先是下降，然后上升，且各向 亲水同性。通过此方法可以在不耐温的基材上制备致密的高强度的和具有一定光致 亲水性能的初步晶化的TiO_2薄膜。     

铁、氮共掺杂二氧化钛薄膜的亲水性能

采用溶胶-凝胶法制备了铁掺杂TiO2(Fe-TiO2)薄膜, 将Fe-TiO2薄膜放置氨气气氛中高温处理, 形成铁、氮共掺杂TiO2(Fe/N-TiO2)薄膜. 通过XRD、XPS、SEM、UV-Vis法进行吸收光谱分析及薄膜表面亲水接触角分析, 研究了铁、氮掺杂浓度, 热处理温度, 膜厚等因素对薄膜亲水性能的影响. 结果表明, Fe/N-TiO2(0.5%Fe, 摩尔百分数)显示出更佳的亲水性能, 在可见光下优势尤为明显. 铁掺杂主要作用是降低电子和空穴的复合几率, 氮掺杂可以增强TiO2薄膜在可见光区的吸收, 两种效应相互结合, 共同提高了薄膜在可见光下的亲水性能.     

TiO2光致亲水性及其在免处理版材中的应用研究

用溶胶-凝胶法制备了SiO₂和TiO₂薄膜,并涂覆于玻璃基片上,研究了TiO₂薄膜在紫外光照射下其超亲水性能的变化与光照时间的关系,分析了SiO₂薄膜对覆于其上的TiO₂薄膜的耐摩擦性能的影响.结果表明:TiO₂薄膜经紫外光照射后,疏水性急剧降低,显示亲水性能,与水的接触角可达到5°以下;当其覆膜于载玻片上后,具有良好的耐摩擦性和耐候性;TiO₂薄膜的超亲水性使其有望成为一种新型的环保可重复利用的印刷版材.