手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

纳米二氧化钛薄膜离子掺杂和非金属载体交互作用研究

赵翠华

  本文系统研究了十三种金属离子在釉面瓷砖、玻璃和陶瓷三种非金属载体上负载的二氧化钛薄膜的掺杂行为,首次提出了掺杂离子和二氧化钛薄膜载体之间存在交互效应概念和模型,从载体和TiO_2薄膜的界面结构、双电层结构、复合半导体等方面分析了载体与掺杂离子间的相互作用。通过紫外-可见吸收光谱图分析了釉面瓷砖、玻璃、陶瓷上不同金属离子掺杂对半导体二氧化钛薄膜所引起的纳米量子尺寸效应和半导体能带隙的变化。从离子掺杂浓度、离子半径、离子的电子轨道、以及离子的能级等方面分析了离子掺杂对TiO_2薄膜光催化活性的影响。研究结果表明:1、TiO_2薄膜的光催化活性不仅与掺杂离子有关,而且还与载体的类型有关,载体和掺杂离子存在交互效应。(1)同一载体上,掺杂不同的离子,TiO_2薄膜的光催化活性不同。其中釉面瓷砖为载体时,掺杂效果最好的离子是Cr~(3+),其次是W~(6+)、Ag~+、Al~(3+)、Cu~(2+)、Fe~(3+)、Zn~(2+)、La~(3+)、Mn~(2+)、Ni~(2+)、V~(5+)、Pb~(2+),最差的为Co~(2+);玻璃为载体时,掺杂效果最好的离子是Cr~(3+),其次是Cu~(2+)、Al~(3+)、Ag~+、Mn~(2+)、W~(6+)、Ni~(2+)、V~(5+)、La~(3+)、Fe~(3+)、Pb~(2+)、Zn~(2+),最差的是Co~(2+);陶瓷为载体时,掺杂效果最好的离子是Fe~(3+),其次是Cu~(2+)、Zn~(2+)、La~(3+)、Co~(2+)、W~(6+)、Mn~(2+)、Cr~(3+)、Al~(3+)、V~(5+)、Ag~+、Ni~(2+),最差的是Pb~(2+)。(2)釉面瓷砖、玻璃和陶瓷上同一种离子掺杂对TiO_2薄膜光催化活性的影响不同。由此可以看出,TiO_2薄膜的光催化活性不仅与掺杂离子有关,而且与载体的类型有关,载体不同,离子的掺杂效果也不同。广西大学硕一L学位论文摘要(3)T 10:薄膜光催化活性最好的匹配是陶瓷载体和Fe卜穆杂,其次是釉面瓷砖上cr卜接杂,然后是陶瓷上C了+掺杂、陶瓷上Zn卜离子掺杂、陶瓷上Laa+掺杂和玻璃上cr”播杂。(4)掺杂离子后,不同载体上.Ti认薄膜的光催化活性的提离幅度不同。对于釉面瓷砖和玻璃来说,播杂cr卜时T 10:薄膜光催化活性的提离幅度都是最大.其中釉面瓷砖的提高幅度达到157.27%,玻璃达到155.26%.掺杂其它离子对TIO:薄膜的光催化活性影响也很大,如釉面瓷砖上掺杂co卜、Pb卜,提高幅度分别为47.7联、60.27%。对于陶瓷来说,有些离子掺杂提高了T 10:的光催化活性,如「e3+、cu卜、zn卜等,但是有些离子掺杂却使T 10:光催化活性降低7,如Pb,’、Ni’‘、Ag’等。(5)不掺杂时,釉面瓷砖和玻璃上T 10:薄膜的光催化活性较差,但是掺杂某些离子后,提高幅度却很大,比如cra+、Cu卜、^l卜等。而负载为陶瓷,不掺杂时Tro,薄膜的光催化活性较好,掺杂后,与釉面瓷砖和玻璃相比,提高福度不大,如掺杂效果最好的Fe卜,其提高幅度仅为49.83,,。因此,载体和离子的交互作用对T 10:薄膜的光催化活性有很大的影响。2、通过对载体和Ti02薄膜之间内部结构变化分析以及光谱图分析,进一步证实了载体和掺杂离子的交互作用对T 102薄膜光催化活性的影响(1)载体和T 10:薄膜(掺杂金属离子)之间的界面结构、双电层结构以及载体与TIO:薄膜之间形成的复合半导体对Tio:薄膜的光催化活性有很大的影响.(2)不同载体上T 10:薄膜的离子掺杂浓度、离子半径、离子的电子轨道、以及离子能级对Ti认薄膜的光催化活性具有较大的影晌。(3)不同负载上,部分金属离子掺杂拓宽了光催化剂对可见光的吸收范围,部分离子掺杂却使T 10:的吸收光谱发生了蓝移。但是无论是蓝移还是红移,大部分离子修杂都提高了T 10:薄膜的光催化活性。(4)首次建立了离子掺杂与载体交互作用模型。Tio:薄膜与载体表面之间的能带弯曲,改变了推杂离子能级与Ti。:导带(价带)的相对位盆,从而改善或降低了播杂离子对光生电子(光生空穴)的捕获能力。不同金属离子的掺杂对同一负载上二氧化钦薄膜光催化活性影响不广西大学硕卜学位论文摘要同,同一种离子的掺杂对于不同负载上二氧化钦薄膜的光催化性能影响也存在一定差异。载体和离子的交互作用对T 1 02薄膜的光催化活性具有很大的影响。本研究对于开发新型高效的纳米二氧化钦薄膜光催化材料,具有重要的学术价值和指导意义。……   
[关键词]:光催化;二氧化钛;离子掺杂;载体;交互作用
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:广西大学2004年