納米銀tio2復(fù)合膜光催化研究論-wenkub
2023-01-23 10:55:50 本頁面
【正文】 nium oxidenano silver Composite Film Abstract: Due to its photocatalytic properties ， TiO2 films are widely used in sewage treatment, air purification, film solar cells, disinfection sterilization, functional coatings, textiles, plastics, and many other fields,while many studies had shown that silver deposition on the surface of TiO2 films will promote its photocatalytic performance. This study using titanium target to prepare anatase TiO2 films by dc magron sputtering。本研究使用鈦金屬靶通過直流 反應(yīng)磁控濺射法制備銳鈦礦結(jié)構(gòu)的 TiO2薄膜 ，用薄膜吸光度曲線來表征二氧化鈦薄膜的物性特征。通過真空蒸發(fā)鍍的方法在 TiO2薄膜上沉積納米銀粒子。 using film absorbance curve to characterize the physical characteristics of TiO2 deposit silver nanoparticles on the TiO2 films by vacuum evaporation plating. We confirmed that posite film can degrade R6G under visible light. We had studied the photocatalytic performance of TiO2 films and silver films respectively under UVlight and visible light, and we discussed the difference of degradation between R6G and methylene blue by TiO2 films. The results of the experiments shown that the photocatalytic performance under visible light will be best if the thickness of the films is 548nm, and the degradation of methylene blue is better than R6G by TiO2 films. Key words: TiO2 films, silver films, photocatalysis, R6G, methylene blue. 3 1 前言 新型納米二氧化鈦光催化材料的合成及反應(yīng)研究， 隨著全球工業(yè)化進程的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴重，環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展成為人類必須考慮的首要問題。 納米二氧化鈦多相光催化降解有機污染物以其反應(yīng)速度快、適用范圍廣、深度氧化完全、能充分利用太陽光和空氣 (水相中 )的氧分子等優(yōu)點而倍受青睞，特別是當有機污染物濃度很高或用其他方法很難降解時，這種技術(shù)有著更明顯的優(yōu)勢。 本實驗正是利用在 TiO2薄膜上沉積納米銀粒子改變 TiO2薄膜的光催化性能，從而研究銀摻雜對 TiO2薄膜光催化性能的影 響。光生電子（ ?e ）易被水中溶解氧等氧化性物質(zhì)所捕獲，而空穴因具有極強的捕獲電子的能力而具有很強的氧化性，光催化作用機理見圖 所示。價帶空穴是良好的氧化劑，導(dǎo)帶的電子是良好的還原劑。 （ 3） TiO2（ ?VBh ） +OH? → TiO2+ OH OOH+OH? （ 6） 2而且因為它們的氧化能力強，氧化反應(yīng)一般不停留在中間步驟，不產(chǎn)生中間產(chǎn)物。同時，由于納米銀對表面電子的吸引作用，有效的抑制了光生電子空穴對的復(fù)合，從而提高了膜片光催化的效率。這些沉淀在膜片表面上隨機的分布，隨著銀粒子的繼續(xù)附著，這些沉淀逐漸的長大，合并，并最終在膜片上形成銀膜?？拷M米能級的電子層主要是導(dǎo)帶電子。缺陷層電子位于下 可能由層產(chǎn)生。 這樣也就間接地降低了禁帶寬度，擴展了光催化光源的波長區(qū)間。因晶體結(jié)構(gòu)不同， 3 種晶型的性能也有差異。 實踐中可檢測其中任意一項大概判定薄膜是否有銳鈦礦相。 TiO2薄膜 晶粒尺寸 普通粉末半導(dǎo)體光催化劑的量子效率不高 ， 而最近興起的納米材料研究表明納米材料在光學(xué)性能 、 催化性能等方面發(fā)生了變化 。 量子尺寸效應(yīng)會導(dǎo)致禁帶變寬 ， 并使能帶藍移 。禁帶變寬，激發(fā)所需要的能量升高，就必須使用波長更短的光源，這樣利用太陽能的愿望將更難實現(xiàn)，而光催化作為一種水處理技術(shù)必須利用太陽光作為能量來源才具有更強競爭力，因此納米粒子的粒徑太大或太小都是不可取的。但是當銀膜厚度達到一定值之后，對電子的吸附能力將不再增加。有研究表 9 明，在可見光下的催化反應(yīng)中，銀膜厚度約為 546nm時，催化反應(yīng)的效率最高。 復(fù)合膜 表面積和表面預(yù)處理 復(fù)合膜的表面積主要指的是 TiO2薄膜的面積， 在其它因素相同時，增大 TiO2薄膜的表面積，有助于光生載流子的生成和反應(yīng)物在表面的吸附，有利于光的吸收，從而使光催化能力提高。另外，比如通過 紅外干燥改變銀在 TiO2薄膜表面的聚集狀態(tài)，還有通過超聲波震蕩減少結(jié)合力弱的銀等方法都可以改變薄膜的光催化性能。另外，我們還分別做了不同膜厚下的 TiO2薄 膜和銀膜對羅丹明溶液的光催化實驗，以及不同膜厚下 TiO2薄膜分別對羅丹明和亞甲基藍溶液的光催化實驗，以此來說明復(fù)合膜中的兩個相單獨作用于光催化實驗的效果。 圖中 1V ～ 6V 為針閥， G是主閥為插板閥。它主要由真空系統(tǒng)、蒸發(fā)設(shè)備及膜厚監(jiān)控系統(tǒng)組成。蒸 發(fā)源安裝在電極上。連接電源開始加熱。光降解反應(yīng)中我們通過測試溶液的吸光度來表征溶液的濃度。 nm 掃描速度 本實驗過程中主要以蒸餾水為基底來測試反應(yīng)液（羅丹明和 亞甲基藍）的吸光度。 圖 光催化裝置示意圖 實驗一： 采用兩組不同厚度的 TiO2薄膜，置于羅丹明溶液中，分別在紫外光和可見光下照射四小時，每小時測試吸光度，繪制出羅丹明溶液的降解曲線。 實驗三： 采用復(fù)合膜和 TiO2薄膜在同一可見光下照射四小時，降解羅丹明溶液每小時測試吸光度，繪制出羅丹明溶液 的降解曲線。所以降解速率可由下面的計算公式得到： 式中 dV 為降解速率， c 為常數(shù)， 0A 為溶液的初始吸光度， A 為不同時間下所測得的溶液的吸光度， t 為時間。 通過直流反應(yīng)磁控濺射鍍制備的 TiO2薄膜厚度主要通過濺射時間來控制。 不同膜 厚的銀膜對光催化的影響 在復(fù)合膜中，銀膜厚度即作為銀含量的表征，
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