乙醇-盐酸-水体系中溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜的研究(论文)

第５期孟丹等：乙醇一盐酸－水体系中溶胶－凝胶法制备纳米ＴｉＯ：薄膜的研究５３７

由表３可知，随着Ｃ：Ｈ５０Ｈ含量的增加，Ｔｉ０２薄膜的平均晶粒尺寸趋于减小，在酯醇比为１：２５和１：３０较小，醇含量较少时晶粒尺寸较大。晶格常数也开始变化，ａ和ｃ变化幅度和趋势不同，表现为各向异性。单胞体积呈现收缩趋势，这是由于胶凝时间不同所引起的，乙醇量增加则溶胶变稀、黏度变小，反应进行的较为缓慢，凝胶时间变长，生成ＴｉＯ：的速度减慢，单胞体积较小。当然乙醇量也不宜过大，否则难以成膜，故选择酯醇比为ｌ：２５时分别进行ＨＣｌ和Ｈ２Ｏ变化的ＸＲＤ测试；随着ＨＣｌ含量的增加，ＴｉＯ：薄膜的平均晶粒尺寸和单胞体积均为先减小后增大，在酯酸比为１：ｌ时，两者均达最小。酸量大时的晶粒尺寸和单胞体积较小。这是由于晶胞内的应力作用引起的。锐钛矿型属于四方晶系，锐钛矿型的八面体呈明显的斜方晶畸变，当Ｈｃｌ含量较少时，Ｔｊ（ＯＢｕ）。迅速转变为ＴｉＯ：，生成的ＴｉＯ：的单胞很不规则，晶胞内的应力变大，使得ｃ轴变长。当Ｈｃｌ增加时，生成ＴｉＯ：的速度变慢，形成的晶胞体积不断变化，直到酯酸比ｌ：１为最稳定的晶格常数时才形成最后的晶胞，此时晶胞内的应力最小，在此基础上进行Ｈ２０变化薄膜的ＸＲＤ测试；随着Ｈ：Ｏ含量的增多，ＴｉＯ：薄膜的品格常数和平均晶粒尺寸呈现不同的变化趋势，在酯水比为１：２时均达到最小，在３７．９。的衍射峰有明显的宽化现象，主要是因为所制得的粒子尺寸较小，使得其表面效应趋于明显，导致晶体内部有序度非常低。

２．３ＴｉＯ，薄膜的ＡＦＭ结果

图５不同酯醇摩尔的ＡＦＭ图：

ｌ：１０（ａ），ｌ：１５（ｂ），ｌ：２０（ｃ），ｌ：２５（ｄ）。ｌ：３０（ｅ）

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图５为不同酯醇比的ＴｉＯ：薄膜的３Ｄ图像。薄膜表面是由不同尺寸的无规律分布的岛屿联结而成，膜层致密，与玻璃基体有良好的结合力。所形成的岛屿间有较多的孔隙形成的深谷和突起形成的高峰，在薄膜表面形成了高低起伏的复杂形貌。薄膜表面有明暗不同的点，图中的位置越亮，表明该处的高度越高，点越暗，表明该点所处的位置较低。酯醇比在ｌ：１０和ｌ：１５时薄膜表面很不均匀，是由于乙醇含量过少的原因；酯醇比为１：２５和１：３０时，薄膜表面较为匀称致密，有很多细小的岛屿，极大地提高了薄膜的有效表面积。不但增大反应物在薄膜表面的吸附量，而且光线在这样的表面可以经过多重反射，使光吸收及利用率得到提高，在一定的粗糙度下有利于催化反应的进行呤１ｌ。

表３后两项为不同配比时所制得的一层的ＴｉＯ：薄膜表面形貌的的相关数据，Ｒｑ为均方根表面粗糙度，Ｒｐｖ为表面峰谷高度差。随着Ｃ：Ｈ，ＯＨ含量的增加薄膜的Ｒｑ，Ｒｐｖ呈减小趋势，酯醇比在１：１０和ｌ：１５时薄膜表面粗糙度较大，１：２５和ｌ：３０时较小，这说明Ｃ：Ｈ，ＯＨ的增加使薄膜表面平整度逐渐得到改善。选择醇消耗量较少粗糙度较小表而光滑均匀的酯醇比ｌ：２５进行ＨＣｌ和Ｈ，Ｏ变化的选择；随着ＨＣｌ含量的增大，Ｒｐｖ由２１．９２６减小到１．４５９，Ｒｑ由２．９４７减小到Ｏ．１５９，两值均出现大幅度减小，说明ＨＣｌ的增加使得薄膜表面的平整度得到了明显改善，原因为当酸含量较高时对Ｔｉ（ＯＢｕ）。的抑制作用较为明显，生成ＴｉＯ：晶粒的速度较慢，粒度较小，薄膜表面较为光滑；反之，当酸含量较小时水解相对较快，晶粒度较大，表现为粗糙度较大。从节省原材料角度考虑，选择粗糙度较小表面光滑均匀的酯酸比１：１进行Ｈ：Ｏ变化的ＡＦＭ测试（图略）；随着Ｈ：０含量的变化，Ｒｐｖ和Ｒｑ在酯水比为ｌ：１和ｌ：２时较小，在ｌ：３时出现了大幅度的增加，表明薄膜表面粗糙度增加，原因为水量的增加使Ｔｉ（ＯＢｕ）。迅速水解形成很大的ＴｉＯ：团簇，所得溶胶中含有大粒径的ＴｉＯ：，增大粗糙度（图略）。

２．４最佳工艺制得ＴｉＯ：薄膜的光催化活性在最佳制备工艺下制备出不同层数的ＴｉＯ：薄膜，其光催化降解甲基橙的情况见图６。结果表明：相比空白玻璃片，此ＴｉＯ：薄膜具有很好的降解甲基橙的能力。随着镀膜层数的增加，光催化活性呈明显的上升趋势，膜层增加到五层时，光催化活性很好，光照６０ｍｉｎ后，降解率达到９０％左右。

膜层增加到七层时光催化活性的上升非常有限。

乙醇-盐酸-水体系中溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜的研究

作者：孟丹， 王和义， 刘秀华， 丁兰岚， MENG Dan， WANG He-yi， LIU Xiu-hua， DING Lan-lan

作者单位：中国工程物理研究院核物理与化学研究所,四川绵阳,621900

刊名：

化学研究与应用

英文刊名：CHEMICAL RESEARCH AND APPLICATION

年，卷(期)：2011,23(5)

被引用次数：1次

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引用本文格式：孟丹.王和义.刘秀华.丁兰岚.MENG Dan.WANG He-yi.LIU Xiu-hua.DING Lan-lan乙醇-盐酸-水体系中溶胶-凝胶法制备纳米TiO2薄膜的研究[期刊论文]-化学研究与应用 2011(5)