io2_zno復合膜的制備與催化性能研究科__研_項_目_申_請_書(編輯修改稿)
2025-02-04 08:10 本頁面
【文章內容簡介】 表征分析了該結構。對三元、二元和一元 (氧化鋅納米柱陣列 )結構的光催化性能進行了對比研究，并提出該三元結構的光生電荷遷移機制和紫外光催化效果增強機理。 通過上述對二氧化 鈦 、氧化鋅基納米結構薄膜光催化劑的制備、改性和催化性能的系統(tǒng)研究， 本工作實現了從物理和化學概念兩方面共同設計和改性光催化劑，得到了可見或紫外光光催化活性增強的薄膜光催化劑，并討論了相應的光催化增強機制。該成果為發(fā)展新型高效半導體光催化劑提供了新思路。 三、擬采取的研究方法和技術路線 （包括研究工作的總體安排進度、實驗方法和步驟，可能遇到的問題和解決辦法） 粉末狀的催化劑在使用時回收再利用困難 ， 如果沒有適當的負載方法會造成催化劑的浪費，而且催化劑與水不容易分離，造成水體污染。另外，粉末狀催化劑使用時產生大量團聚，回收之后催化效率大大降低。因此，新型、高效的固定化技 術是光催化氧化技術實用化、工業(yè)化的關鍵問題之一。 6 對 TiO2光催化劑選擇載體時要綜合考慮穩(wěn)定性、牢固性、光催化效率及使用壽命和價格等多方面的因素。目前在研究中 TiO2使用的載體多為無機材料，以來源廣、成本低的硅酸鹽為主，其次還有金屬、活性炭等，常見的如玻璃類、陶瓷類、高分子聚合物類、吸附劑類、陽離子交換劑類、金屬類。不少研究表明把 TiO2負載于適當的載體如 A12O3, SiO2, ZrO2以及活性炭等大比表面積物質上，不僅可以獲得較大的表面結構和合適的孔結構，并且具有一定的機械強度，還會因催化劑與載 體之間相互作用產生一些特殊的性質，如形成新的酸性位而增強催化劑的活性。另外，有研究發(fā)現把光催化劑負載在導電基體上，同時在光電極上施加一定的陽極偏壓，將光激發(fā)嚴生的電子通過外電路驅趕至反向電極，可以有效阻止電子一空穴對的簡單復合，從而發(fā)展出一種新型的技術一一光電催化技術。還有國內外的研究學者以 Nafion(全氟磺酸樹脂 )作為基質，將 TiO2固定到基質中，不但保持了 TiO2的高效光催化性能，而且很大程度地提高了光催化劑的使用壽命。 目前已研究的 TiO2的負載方法主要有溶膠一凝膠法、沉積法、自主裝成膜法 (SA)和澆鑄法等。 溶膠一凝膠法 采用溶膠一凝膠法制備催化劑的過程中，將制得的溶膠溶液直接分布到載體上高溫緞燒，可得透明或半透明的薄膜。若載體為片狀，則用浸漬提拉法或旋涂法將溶膠涂覆到載體上，若為顆粒狀，則可通過浸入攪拌過濾等步驟獲得。溶膠一凝膠法制膜工藝有較多優(yōu)勢，如設備簡單，工藝過程溫度低，可以大面積在各種不同形狀、不同材料的基底上制備薄膜，易于定量摻雜，并且可以有效地控制薄膜成分及微觀結構 沉積法 沉積法的范圍較廣，基本上是采用某種方式將 TiO2沉積在金屬、玻璃和半導體等基片表 面形成薄膜，再經高溫鍛燒而成，大致包括氣相沉積法、液相沉淀法、仿生沉積法、電泳沉積法、吸附沉積法、反應離子濺射法、摻雜法等。這里介紹以下三種沉積方法。 (一 )氣相沉積法 氣相沉積包括物理氣相沉積和化學氣相沉積。 物理氣相沉積 (Physical Vapor Deposition，簡稱 PVD)包括直流濺射、射頻濺射、磁控濺射、離子束輔助沉積、活化反應蒸發(fā)、過濾弧沉積等。暨南大學的趙麗特通過射頻磁控濺射的方法，制備了納米 TiO2薄膜并且研究了 TiO2薄膜的相關特性。結果表明，制備的納米TiO2薄膜能在 400900℃ 的溫度范圍內保持銳鐵礦型晶體結構，并有很好的光催化性能和親水性能 。 化學氣相沉積 (Chemical Vapor Deposition，簡稱 CVD)利用氣態(tài)的先驅反應物，通過原子分子間化學反應的途徑生成固態(tài)薄膜的技術。化學氣相沉積技術的優(yōu)勢在于它可以用于各種高純晶態(tài)、非晶態(tài)的金屬、半導體、化合物薄膜的制備之外，還包括它可以有效地控制薄膜的化學成分，低的設備和運轉成本，與其他相關工藝具有較好的相容性等。 CVD 成膜技術一般包括以下幾個過程 :原料氣體向基體表面擴散，原料氣體 吸附到基體表面，吸附在基體上的化學物質發(fā)生表面反應，析出物在表面的擴散，產物從氣相中分離， 7 從產物析出區(qū)向塊狀固體擴散。 (二 )液相沉積法 液相沉積法制備 TiO2薄膜是以無機鐵酸鹽 (比如 (NI14 )2TiF6)為原料，加入能使反應向生成 TiO2方向移動的物質如硼酸，將預先處理好的基片浸入溶液中，反應物在基片上發(fā)生水解平衡反應，生成的二氧化鐵沉積在基片上。基片取出后經過清洗、干燥、熱處理得到晶態(tài)的 TiO2薄膜。液相沉積法是從金屬氟化物的水溶液中生成氧化物薄膜的方法，通過添加水、硼酸或者金屬 Al 使 金屬氟化物緩慢水解。其中水直接促使生成氧化物， H3BO2 和Al 作為氟離子的捕獲劑，促進水解，從而使金屬氧化物沉積在基體表面。該法要求對水解反應以及溶液的過飽和度有很好的控制。另外，薄膜的形成過程是在強酸性的溶液中進行的 。 此法成膜均勻致密，工藝簡單，最特別的是用此法可以在各種復雜的基片上成膜。其缺點在于 ： 為了維持穩(wěn)定的薄膜沉積過程，需要向溶液中不斷加入硼酸等添加劑以使溶液處于穩(wěn)定的過飽和狀態(tài)，但是添加劑的過量加入反而會使得最后沉積的薄膜致密度降低。有親水性的二氧化鐵光催化薄膜，并對其親水性和光催化性能進行研究 。該薄膜在 300℃ 左右熱處理后獲得致密的具有光催化性能的銳欽礦
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