自清洁纳米TiO2/SiO2复合薄膜的制备与性能

采用TiCl4作为前驱体,对TiO2溶胶进行SiO2复合改性,制备出无需热处理就具有良好性能的TiO2溶胶,用浸渍提拉法在玻璃上镀膜,获得TiO2/SiO2涂层.采用XPS、XRD、SEM、AFM等对溶胶和薄膜进行表征和分析.研究结果表明:最优SiO2复合量为0.3(与TiO2的摩尔比).溶胶中含有结晶良好的锐钛矿TiO2,改性后的TiO2颗粒粒径减小.复合溶胶中,Si元素主要以SiO2和Ti-O-Si键两种形式存在.薄膜表面由TiO2的二次粒子堆积而成,呈不规则球形,三维形貌为一些尖塔状突起,复合薄膜表面颗粒更为细小,成膜更为致密.复合溶胶和薄膜具有更优异的紫外和可见光的亚甲基蓝降解能力,最终水接触角可达到0°,显示出更优越的亲水性能,对油酸的分解能力明显提高,具有更强的自清洁性能.     

磁控溅射（TiO2-ZnO）/TiO2梯度复合薄膜的制备及光致亲水性研究

采用磁控溅射离子镀设备制备了(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜,通过TEM、AFM、Raman、XPS分析了复合薄膜的结构、形貌和表面羟基含量,以甲基橙作为有机降解物,研究了(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜与普通TiO2-ZnO复合薄膜和TiO2薄膜在光催化性能和光致亲水性能上的差异。结果表明:(TiO2-ZnO)/TiO2梯度复合薄膜具有以主体为TiO2-ZnO层、顶层为TiO2的梯度结构,且薄膜表面致密、粒径均匀(10～14 nm),光催化性和亲水性均优于普通TiO2-ZnO复合薄膜和TiO2薄膜,且其光波响应范围红移至450 nm、表面羟基含量高达12.53%,同时梯度复合薄膜的抗光腐蚀性能良好,4 h以后其润湿角仍保持不变。     

纳米TiO2薄膜的制备与光催化性能研究

以四氯化钛为前驱体,采用水解沉淀法,在不同的水解温度下,在硅藻土基多孔陶瓷上负载纳米TiO2薄膜,结合XRD和TEM对负载的纳米TiO2粒径进行了表征。对比分析了测试方法及水解温度对纳米TiO2粒径的影响。以罗丹明B为目标降解物,考察了水解温度对光催化剂活性的影响。结果表明:样品经550℃煅烧后,TiO2薄膜为锐钛矿型;水解温度为50℃时TiO2粒径小于水解温度为75℃时所负载纳米TiO2粒径;两种方法所测TiO2粒径有一定差异:dXRD>dTEM;水解温度为50℃所负载纳米TiO2薄膜,紫外光照300 min,对罗丹明B的去除率为89.9%,而75℃时,样品在紫外光照330 min,对罗丹明B的去除率为78.6%。     

TiO2薄膜锂化工艺及其性能研究

本文以钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)为原料,采用溶胶-凝胶法在ITO导电玻璃基片表面制备了均匀透明的TiO2薄膜。使用X射线衍射仪表征了薄膜的晶型结构。通过电化学方法对TiO2薄膜进行锂化,研究了TiO2薄膜的厚度、热处理温度和外加电压对薄膜锂化效果的影响。结果表明,当镀膜层数为4层,热处理温度为400℃时,TiO2薄膜Li+存储能力最强。当TiO2薄膜相对参比电极外加电压为±2V时,Li+可充分进入薄膜并与之结合形成蓝色化合物LixTiO2,变色效果最为明显。     

射频磁控溅射制备纳米TiO2薄膜的表征和亲水性能

采用射频磁控溅射TiO2陶瓷靶的方法在硅和石英衬底上制备纳米TiO2薄膜,并经950℃退火1h.通过X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、紫外可见光谱(UV-Vis)和接触角仪对薄膜相结构、表面形貌、光学性能和亲水性能进行表征.结果表明,与950℃退火1h相比,未退火薄膜是无定形结构并呈现较高的光致亲水性能.退火薄膜是锐钛矿和金红石混合相,其中锐钛矿相质量分数是11.34％.未退火和950℃退火1h的薄膜样品的能隙分别是3.03 eV和3.11 eV.未退火薄膜具有较高的光致亲水性能主要归因于其较低的光学能隙.退火薄膜的热致亲水性能与其相结构、表面清洁度和粗糙度有关.     

光敏化La2O3/TiO2催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法和水热法制备了La2O3/Ti O2复合物,将此种La2O3/Ti O2复合物利用叶绿素提取液浸泡后,制得了光敏化La2O3/Ti O2复合物,并采用透射电子显微镜、X-射线衍射仪、比表面积测定仪和紫外-可见分光光度计等对样品进行了表征。结果表明:La2O3/Ti O2催化剂的颗粒粒径在3~10 nm之间,BET比表面积为173.53 m2/g,光敏化La2O3/Ti O2复合物具有较好的可见光响应性能。在可见光下研究了几种光催化剂对水中六价铬离子的光催化还原效果,光催化结果表明:以光敏化La2O3/Ti O2复合物为催化剂,在可见光下光催化还原含Cr6+废水180 min后,Cr6+脱除率达到78.7%。     

TiO2/Fe2O3异质结薄膜的制备及其光电特性的研究

通过水热法成功在FTO上制得Ti O2/Fe2O3异质结薄膜,采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)分析测试手段对样品的形貌和结构进行了表征。结果表明,Ti O2/Fe2O3异质结是由直径约200~300 nm的Ti O2纳米棒镶嵌着Fe2O3纳米颗粒组成。通过光电流测试,证明Ti O2/Fe2O3异质结的可见光光电转换效率相比Ti O2明显提高,并对Ti O2/Fe2O3异质结的光电转换机理进行了分析。     

TiO2/蒙脱石复合物中纳米TiO2的相变与光催化性能

以TiOSO4.2H2O为TiO2的前驱体、蒙脱石为基体,采用水解-插层复合法,在不同热处理温度下制备了系列TiO2/蒙脱石纳米复合样品。采用XRD研究了样品中TiO2物相和晶粒大小等属性的变化,研究了样品对亚甲基蓝溶液的吸附脱色性和光催化脱色性。结果表明,热处理温度对TiO2/蒙脱石中TiO2物相与相对含量、晶粒大小和光催化脱色性等有很大影响。经700℃热处理的TiO2/蒙脱石复合样品锐钛矿晶粒仅为13.7 nm,光催化脱色率高达42.7%,总脱色率达79.8%;经1100℃热处理后,锐钛矿相对含量高达55.7%,锐钛矿晶粒为55.8 nm,光催化脱色率仍为32.5%,总脱色率高达46.6%;TiO2/蒙脱石复合样品中的TiO2与纯纳米TiO2样品相比,具有更高的锐钛矿相向金红石相转变的温度、更小的TiO2晶粒尺寸、更强的光催化脱色性。蒙脱石结构层对TiO2的相转变和晶粒长大具有明显的阻滞作用。     

高纯TiO2超微粉体的制备

以廉价的TiCl4为原料,液体石蜡为纯化剂,氨水作形核剂,制备出高纯TiO2超微粉体。用XRF分析了样品的物相组成;XRD和SEM等手段表征了粉体合成过程的物相变化和形貌特征。结果表明,TiCl4经过矿物油(液体石蜡)除钒和精馏除铁等杂质后进行水解,当TiCl4溶液浓度0.65 mol/L,水解温度60℃、反应时间2 h、pH值=7、在800℃煅烧2 h条件下,制备出TiO2的纯度达到99.9952%,晶型为金红石相,晶粒尺寸约0.65μm,形貌近球形。     

等离子体Ag/TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能研究

以电化学阳极氧化法制备的Ti O2纳米管阵列为基底,分别通过电化学沉积法、化学还原法和浸渍法制备出Ag修饰的Ti O2纳米管阵列,采用XRD、FESEM和UV-Vis等测试手段对样品的组成、结构及形貌等进行表征。以气相苯为降解物,对样品进行光催化活性测试。结果表明:与其他两种方法相比,化学还原法使得Ag纳米颗粒均匀分布在Ti O2纳米管阵列的表面,并表现出更好的光催化降解气相苯的能力。     

可见光响应氮掺杂TiO2制备与性能表征

采用水热法制备了可见光响应的氮掺杂TiO2光催化剂,利用XRD、SEM、XPS、UV-vis对样品结构、形貌和光谱等性质进行表征.研究结果表明:氮掺杂抑制晶粒长大,促进晶格畸变;氮进入TiO2晶格中,引起TiO2光催化剂的激发,吸收光谱向低能方向移动.以降解甲基橙为模型反应,研究样品的光催化性能;以对苯二甲酸作为·OH自由基捕获剂,利用化学荧光技术研究光催化反应体系中·OH自由基生成量.结果表明:与纯TiO2相比,氮掺杂样品具有较高的光催化活性.这与下列因素有关:氮掺杂样品具有较小的晶粒尺寸,有利于促进光生电荷的分离与相界面上电荷转移效率,降低TiO2能隙并使吸收光谱红移.在实验条件下,光催化性能随n(N/Ti)比值的增大而增强;羟基自由基的生成速率与光催化活性规律一致,即·OH的生成速率越大,光催化活性越高.     

Colloidal sol/gel processing of ultra-low expansion TiO2/SiO2 glasses

A series of titania-silica glasses with 0–9% TiO₂ were fabricated using a sol/gel process. The sol was prepared by dispersing colloidal silica fume in an aqueous solution of titania which was synthesized through the acid-catalyzed hydrolysis of titanium isopropoxide. The sols gelled in 2–4 days, and then were dried for 6–8 days. The dry gels were sintered at 1450–1500°C to produce clear, dense, microstructure-free glasses. The gels underwent a total shrinkage of 50% to yield glass rods about 50 mm long and 5 mm in diameter, or glass discs about 4 cm in diameter and 5 mm thick. The drying step was most critical in the production of crack-free specimens.

In the gel, the transmission electron microscope (TEM) revealed the presence of 1–5 nm rutile microcrystallites uniformly distributed within a network of colloidal silica particles. After sintering to 1450–1500°C, though, a dense, transparent, microstructure-free glass was created. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) verified the formation of an amorphous solid-solution of titania and silica after sintering.

The thermal expansion of the glasses was measured using a differential dilatometer. The average linear coefficients of thermal expansion (CTE @ 25–675°C) varied between +5 × 10⁻⁷ and −0.2 × 10⁻⁷°C⁻¹ in the range 0 to 9% TiO₂. The glass with 7.2% TiO₂ exhibited a zero thermal expansion coefficient at 150–210°C. The hysteresis in CTE on heating and cooling was of the order of 0.01–0.02 ppm.     

价态和结构对VO2薄膜热致相变光电性能的影响

本文通过合理控制真空还原时间和真空还原温度,利用真空还原V2O5的方法制备出具有优良热致相变性能的VO2薄膜;通过研究不同真空还原时间及真空退火温度对VO2薄膜结构和热致相变过程中光电性能的影响,得到最佳真空还原参数;制备的薄膜高／低温电阻变化最大达3个数量级;900nm波长光透过率在相变前后改变了40％左右,光学特性相变响应参数较大,热致相变性能优良,利用XPS,XRD对不同条件制备薄膜的化学状态和结晶状态进行了研究,结果表明较低温度退火有利于V^5 离子的还原,而升高退火温度可改善结晶状态,退火时间对VO2中结晶状况和V离子价态有显著影响,讨论了离子价态和样品结晶状态对VO2薄膜热相变过程中热滞回线的宽度,相变温度点的影响。     

电子辐照对VO2薄膜热致相变过程中光学性能的影响

利用能量为1.7MeV,注量分别为10^13-10^15/cm^2,的电子束辐照二氧化钒薄膜,对辐照及未辐照样品进行了UV－VIS,XPS参数测试,并测量900nm处光透射性能随温度的变化,发现电子辐照导致了VO2薄中的V离子价态由V^4向V^5 转变,薄膜热致相变前后的光透射比随注量增加变化较小,只在注量为10^14/cm^2时光透射比减小得较明显,相变温度点及热滞回线宽度随注量增加出现显著变化,并对有关的结果进行了讨论。     

硅铝共掺杂对TiO2薄膜结构及性能的影响

采用非水解溶胶-凝胶法制备了Si、Al共掺杂的TiO2薄膜.应用X射线衍射、紫外可见分光光度计研究了Si、Al掺杂对TiO2薄膜晶型转变、晶粒尺寸、光吸收性能及光催化性能的影响.结果表明:适量引入Si、Al后,可显著提高1000℃热处理后TiO2薄膜的光催化活性;当Si/Ti物质的量比为0.2时,薄膜由于混晶结构光催化活性最佳;Si、Al共掺杂能抑制TiO2的晶型转变及TiO2的晶粒生长,且Si、Al共掺杂的抑制作用比单一Si掺杂更有效;当Si/Ti物质的量比为0.15、Al/Ti物质的量比为0.05时,TiO2锐钛矿向金红石的转变温度从750℃提高到1200℃.     

溶胶-凝胶法制备TiO2-C纳米复合材料的研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2-C纳米复合材料,利用XRD、SEM和TEM等方法对样品进行分析表征。实验结果表明:网络诱导剂的加入有利于样品在室温下静置后更快凝胶,经600℃焙烧3 h后样品中二氧化钛晶粒有不同程度长大,其特征峰更加明显,且其中二氧化钛晶粒为锐钛矿型;乙酰乙酸乙酯的加入有利于溶胶-凝胶的形成,且随着乙酰乙酸乙酯加入量的增加,TiO2-C纳米复合材料的孔容和孔径均增加。