溶胶-凝胶法在玻璃表面负载二氧化钛薄膜研究(2)
2.2.2 玻璃的预处理 14
2.2.3 催化剂薄膜的制备 14
2.2.4 催化剂粉末的制备 14
2.3 以TiO2悬混液制备TiO2薄膜 14
2.4 实验室TiO2薄膜含量的测定 15
2.5 催化剂表征 15
2.5.1 X-射线衍射 15
2.5.2 BET比表面积 15
2.5.3 热重(TG）分析 15
2.6 光催化实验 15
2.6.1 光催化降解物的选取 16
2.6.2 光催化反应装置 16
2.6.3 光催化反应步骤 16
2.6.4 双酚A标准曲线的绘制 17
3 实验室制备TiO2结果及数据分析 18
3.1 X-射线衍射（XRD）分析 18
3.2 BET比表面积分析 20
3.3 热重（TG）分析 20
3.4 TiO2薄膜耐腐蚀性分析 21
3.5 焙烧温度对催化活性的影响 21
4 以TiO2悬混液制备TiO2薄膜研究 23
结 论 24
致 谢 25
参考文献27
1 绪论
1.1 TiO2光催化作用
光催化作用的概念是从发现TiO2的光催化作用开始的。Fijishima和Honda等[1]于20世纪70年代根据植物的光合作用原理设计了一个太阳能光伏电池，即在水中插入一个铂（铂黑）电极和一个n型半导体TiO2，然后用光照射，当光的波长低于415nm时，发现在TiO2电极上有O2释放出来，在铂电极上有H2释放。其产生的原因是，光照在TiO2电极上时，使TiO2产生了电子-空穴对，这一电子-空穴对具有极高的氧化还原能力。[2]在上述的反应中，TiO2半导体仅仅作为媒介，在反应前后不发生质量和化学性质变化，但它可以促使光能转化为化学反应的推动力，在这种意义上，TiO2相当于化学反应中的催化剂的作用。随后做的大量实验发现，在不外加电路的情况下，将表面沉积金属铂的TiO2直接悬浮在水中，光照时其也能使水发生分解作用。光催化的概念由此发展起来。目前发现的光催化剂主要是一些半导体材料，如TiO2、ZnO、α-Fe2O3、ZnS、CdS、WO3、SnO2、SrTiO3等。其中最受关注的是TiO2，因其具有价格便宜、制备简单、化学性质稳定、无毒无害、抗光腐蚀性强等优点，适合应用于环境催化方面。[3]
1.1.1 TiO2光催化机理
TiO2是一种典型的半导体材料，其禁带宽度为3.2eV，当采用387.5 nm的紫外光照射时，价带中的电子会捕获光子从而获得能量，从价带跃迁到导带，形成光生电子（e-），而失去电子的价带则相应地形成光生空穴(h+)，如图1.1所示。
图1.1 TiO2能带示意图
溶液中的TiO2单个粒子可看做短路的光电化学电池，光电效应会产生光生电子和空穴，在内部电场的作用下，分别移动到TiO2表面的不同地方。其中光生电子e-容易与溶解氧等氧化性物质反应，而空穴h+则可以把TiO2表面的OH-和水分子氧化成•OH自由基，•OH自由基的氧化能力极强，是水体中存在的氧化剂中最强的，利用•OH自由基的强氧化作用可以矿化分解水中的绝大部分有机物和无机污染物，生成无机小分子、CO2和H2O等无害物质。反应过程如下[3-5]：
TiO2 + 能量 → h ++ e-
h+ + OH- →•OH
h+ + H2O → •OH + H+
e- + O2 →•O2-
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