柱状晶TiO_2:F/FTO复合薄膜制备及性能研究

【摘要】随着环境污染的加剧,建筑节能玻璃清洁问题越来越引起人们的关注。兼具有自清洁或易洁功能的建筑节能玻璃已成为当今社会建筑节能领域的研究重点。如果在建筑节能玻璃表面镀一层可分解表面有机污染物的薄膜材料,即可以达到自清洁的目的。在自清洁材料中,TiO2由于化学稳定性、无毒性、低成本及高的光催化活性和超亲水性而备受关注。但其高的载流子复合率导致TiO2自身光催化活性差。因此,在保证建筑节能玻璃的节能和采光性能的前提下,如何提高TiO2的光催化活性已成为当前研究的热点。掺杂元素及薄膜的微观形貌对提高TiO2的光催化活性有决定性的作用。掺杂F元素能有效增强TiO2薄膜的结晶性能,降低光生电子-空穴对的复合而得到广泛研究。再者,相比结晶性差、结构疏松的颗粒状形貌,柱状晶形貌由于其低晶界密度和高的光生载流子迁移速率从而有助于提高薄膜的光催化活性。鉴于以上考虑,本文采用溶胶-凝胶法,通过多次旋镀,首先在石英衬底上成功制备出单层厚度(Singlelayerthickness,SLT)达到25-30nm的柱状晶Fio2薄膜,比已报道的最厚SLT(-10nm)提高了2-3倍。在此基础上,在SnO2:F薄膜(FTO)衬底上成功制备了柱状晶形貌的TiO2:F薄膜。研究了F掺杂浓度和TiO2:F薄膜厚度对柱状晶TiO2:F/FTO复合薄膜光催化、低辐射和透过率等性能的影响。结果表明：柱状晶TiO2:F/FTO复合薄膜都由锐钛矿相TiO2和金红石相5nO2组成,没有金红石相TiO2或其他的杂质相存在。相比石英衬底,在FTO衬底上更易制备柱状晶TiO2薄膜,其SLT达到28-30nm。柱状晶TiO2:F/FTO复合薄膜的光催化活性随着F掺杂浓度和TiO2:F薄膜厚度的增大先增强后减弱,最佳的F掺杂浓度和TiO2:F薄膜厚度分别为4%和320nm。柱状晶TiO2:F/FTO复合薄膜的低辐射率并不受F掺杂浓度的影响,但却随着TiO2:F薄膜厚度的增大而逐渐降低,但仍小于0.25,满足建筑节能玻璃对低辐射性能的要求。F掺杂浓度和TiO2:F薄膜厚度对柱状晶TiO2:F/FTO复合薄膜在可见光区的透过性能影响不大,其平均透过率约为70%,符合建筑玻璃采光要求。
【作者】王菊；
【导师】宋晨路；刘涌；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】TiO2:F/FTO复合薄膜；柱状晶；溶胶-凝胶法；光催化；低辐射性能；

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