纳米TiO2薄膜及应用研究进展.pdfVIP

第十三届全国染料与染色学术研讨会暨信息发布会论文集 纳米丁i0：薄膜的应用研究进展 刘建勇马威张淑芬 (大连理工大学精细化工国家重点实验室，大连116024) 摘要：本文简要总结了Ti0：及其薄膜的制备和特性．归纳了以Tioz薄膜为主体的多功能材料薄膜的制备及优点，并总结了 Tiot薄膜在光催化性能、制备光子晶体、制备抗反射薄膜等众多领域的应用进展，最后指出Tioz薄膜发展应用的美好前景。 关键词：Tioz薄膜：光催化：光子晶体：抗反射 TiOz俗称钛白，具有很好的光催化活性，化学稳定性高，对人体安全无毒、成本低等优点，纳米Ti02 作为一种新型的半导体过渡金属氧化物，在光催化、水分解、光电池、有机物载体、器皿材料及光子晶体 等领域有重要应用，是目前具有开发前景的光电、绿色环保材料““。 备纳米TiO：薄膜的方法也有多种，归纳起来主要分为液相法、物理气相法和电化学法等，以浸渍提拉法和 旋涂法等为手段来制备TiO：薄膜。不同工艺方法或工艺参数制备的TiO：薄膜的成分、孔的结构、取向和孔 壁厚度均有所差异，其用途也不尽相同”“。因此，针对不同需要制备出不同结构的纳米TiOz薄膜尤为重 要。 纳米TiO。薄膜具有催化活性高、化学与热稳定性好、无二次污染、无刺激性和安全无毒等独特优势， 成为人们研究的热点。本文主要介绍了纳米TiO：薄膜在光催化降解、薄膜自清洁性能、光子晶体及抗反射 涂层等领域的应用。 l光催化性能 纳米TiO：的光催化有诸多优点“1，如：1．能耗低，反应条件温和，在紫外光照射或暴露在太阳光下发 生：2．反应速度快，降解过程发生快，一般需要几分钟到几个小时；3．降解没有选择性，几乎能降解任何 有机物，尤其适合于降解多环芳烃类，多氯联苯类物质；4．消除二次污染，有机物被彻底降解为C02和H20 的优势。 但纯TiO。对光的吸收范围窄，而且光生电子一空穴对易复合，量子产率较低，使得其光催化效果不理 想。已有诸多报道采用贵金属为掺杂给体，来改性TiOz催化剂，可以提高其光催化活性。贵金属掺杂主要 机理是当半导体表面和金属接触时，载流子重新分布。电子从费米能级较高的n型半导体转移到费米能级 较低的金属，直到它们的费米能级相同，形成肖特基势垒，成为俘获激发电子的有效陷阱，光生载流子被 分离，从而抑制了电子和空穴的复合”1。 1．1光催化降解 光催化降解是一种近些年发展起来的污水处理技术，因具有能耗低、操作简单、反应条件温和、没有 二次污染等优点而备受关注。孙怀宇”1等以钛酸丁酯为钛的前驱体，硝酸银为银物种掺杂给体，采用溶胶～ 液为模拟污染物，研究了煅烧温度、掺银量对Ag—TiOz薄膜光催化活性的影响。研究表明，随着煅烧温度 图1 Ag-TiOt不同煅烧温度下的s脚图 第十三届全国染料与染色学术研讨会暨信思发布会论文集 w Kuo St6J等利用TiO。薄膜制备了光催化污水脱色反应器，并用于亚甲基蓝的降解。对比了在紫外灯 和太阳光照射下不同的降解速率，研究了温度对提高脱色效率的影响，显示出Ti0：材料的优越性。Gregory… 等设计出一种光催化空气净化器，将紫外灯与负载有纳米TiOz光催化剂的蜂窝状陶瓷板交替排列于一长方 体反应器内，使得紫外灯发出的光子在反应器内尽可能全部被催化剂捕获，提高了光子的利用率，降低了 能耗。 1．2抗菌、杀菌 刘平”1等采用溶胶一凝胶法制备了掺杂TiO。膜，从光催化反应的角度分析了膜功能材料的灭菌机理。 研究了溶胶化过程中温度对掺杂胶体形成速度及粒径的影响；研究表明TiO。膜功能材料的灭菌效果与TiO： 晶相组成直接相关，而且灭菌效率随膜层中锐钛矿含量的增加而提高。 郑丽娜“。等利用溶胶一凝胶法制各了TiO：溶胶，以浸渍一提拉法制备了瓷砖负载的纳米TiOz膜，通过自 然菌落实验和人为接菌实验研究了纳米IiO。膜的杀菌性能；比较了TiO：薄膜对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、 枯草芽孢杆菌和绿脓杆菌的杀菌性能。 均粒径和Zeta电位的影响，确定了各自的最佳加入量。并制备出纳米TiOz一苯乙烯一丙烯酸聚合物乳液， 制得纳米TiOz复合有机抗菌薄膜，该涂膜经过自然光照24小时后，对大肠杆菌的杀菌率可达84％。邱松山 “”等用液相沉积法对纳米TiO：进行了表面包覆改性，制成了在其表面包覆SiO。的致密硅氧