离子掺杂对TiO2光催化薄膜性能的影响研究

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采用溶胶-凝胶法制备了TiO2薄膜,通过DSC、XRD、SEM、UV-Vis等手段研究了溶液PH值和热处理温度对TiO2的晶相结构、晶粒大小、薄膜表面形貌、UV-Vis性能及光催化效率的影响;研究了Fe3+、La3+不同离子掺杂对薄膜的各性能参数以及光催化效率的影响;最后提出离子共掺杂的方法,研究了共掺杂的协同作用对薄膜各性能参数的影响。主要内容如下:
　　1)薄膜的形成过程中,溶液的 PH值和热处理工艺对薄膜的性能影响较大。研究表明:PH值较大或较小对溶胶的稳定性以及成膜的性质都有不利的影响,最佳的溶胶制备PH值为7;薄膜的热处理升温过程中,通过延长100℃温度点的热处理时间,薄膜的机械性能得到提高;要得到晶型结构完整的锐钛矿相 TiO2,热处理最高温度应大于450℃;随热处理温度的升高,TiO2的晶粒度随之增大,晶化程度越好,500℃开始有金红石相出现;随着热处理温度升高,薄膜的紫外波段吸收会发生红移,可见波段的透射率降低。热处理温度最佳值为500℃左右,相应的甲基橙降解效率最高为49％。
　　2)单相掺杂条件下,Fe3+掺杂抑制了TiO2的晶相转变,促进了晶粒的增长,拓宽了薄膜的紫外及可见吸收范围。Fe3+掺入量为0.1%时,对薄膜的综合改性作用最佳,此条件下甲基橙的降解效率达到62%;La3+离子的掺杂抑制了 TiO2的晶相转变和晶粒增长,掺杂后薄膜的UV-Vis吸收发生蓝移,光生载流子的激发能增强。此外,La3+离子的掺杂也在薄膜中引入了载流子的复合中心,提高了光量子产率,掺杂后薄膜的光催化能力得到提高。综合研究结果得出 La3+的最佳掺杂比为0.5%,相应甲基橙的降解效率为64%。
　　3)不同离子的掺杂对 TiO2改性作用的角度和机理各不相同,通过采用 Fe3+和La3+两种离子的共掺杂,利用二者的协同效应对TiO2光催化薄膜进行改性。XRD表明,共掺杂抑制了TiO2的晶相转变,细化了薄膜的晶粒,薄膜的UV-Vis吸收总体上较无掺杂的薄膜红移。综合研究结果表明,共掺杂后薄膜的光催化效率高于单相掺杂和无掺杂本实验条件下,最佳共掺杂量为Fe3+/La3+为0.25/0.5,此时甲基橙的降解效率最高达到68%。

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作者
杨玲;
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作者单位

桂林电子科技大学;

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授予单位桂林电子科技大学;
学科微电子学与固体电子学
授予学位硕士
导师姓名王华;
年度 2007
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TN304.21;
关键词
二氧化钛薄膜; 离子掺杂; 溶胶-凝胶法; 光催化效率;

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