TiO_2薄膜光电导与光催化性能关系的研究

【摘要】TiO2光催化性能长期以来一直是人们研究的热点,由于研究的复杂性,难以对其光催化性能进行统一评定。光电导与光催化过程都与光生载流子相关。光催化活性易受样品的晶相组成、晶粒尺寸、膜层厚度、元素掺杂等因素的影响,为了保证研究中样品体系的完整性,本论文采用溶胶-凝胶法,在石英玻璃衬底上旋涂制备了不同退火温度、保温时间、薄膜厚度、掺F浓度的TiO2薄膜。从实验中考查了样品在365nm紫外光照射下光电导率和光催化性能的关系。实验研究表明光电导值(Δσ)越大,光催化性能(反应速率常数kapp)越好,说明了光电导和光催化性存在一定的内在联系,进而为物理法表征光催化性能奠定实验基础。TiO2薄膜样品的晶粒尺寸随保温时间的延长而得到增大,光电导值和光催化性能也相应增大；光催化活性和光电导值都随TiO2薄膜厚度增加先上升后下降,本研究中最佳膜厚为331.5nm。退火温度的差异产生不同TiO2晶型结构,750℃金红石-锐钛矿两相混晶样品的性能最优；600℃的锐钛矿相优于5500℃；900℃的纯金红石性能最差；400℃为无定型TiO2,几乎没有光催化活性和光电导率；光催化活性和光电导值都随TiO2掺F量增加先上升后下降,本实验中最佳F%为2%。为了探索光电导与光催化性能之间的内在关系,从光催化动力学角度出发,以光生空穴是反应中最主要的氧化剂为切入点,提出若干假设,建立了简化的TiO2光催化模型。结合实验数据拟合与理论分析,得到了Δσ-kapp所得公式为拟合曲线的模型,与实验数据进行对比,有一定的拟合度。其中参数a、b能反映Δσ-kapp变化规律,光催化与吸附特性和载流子特性相关。
【作者】苏婷；
【导师】韩高荣；宋晨路；
【作者基本信息】浙江大学，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】TiO2薄膜；溶胶-凝胶；光催化；光电导；

【参考文献】
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