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2020/2/91题目：改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究博士后：关凯书导师：尹衍升教授山东大学博士后研究工作报告2020/2/92题目：改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究山东大学博士后研究工作报告前言薄膜制备基本问题TiO2/稀土薄膜光催化性能TiO2/SiO2复合薄膜亲水性TiO2/SiO2复合薄膜光催化活性及亲水性关系TiO2—SiO2多层薄膜的亲水性2020/2/93有机物降解环境净化卫生保健一前言山东大学博士后研究工作报告1、光催化应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究•半导体光催化以其强劲的氧化能力可以分解破坏许多有机物。详细研究过的已达100余种以上•汞、铬、铅等金属离子的污染问题2020/2/94有机物降解环境净化卫生保健一前言山东大学博士后研究工作报告1、光催化应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究对环境中的污染物具有强烈的氧化降解能力，使有机物分解为水和二氧化碳，所以是净化环境的优良功能材料2020/2/95有机物降解环境净化卫生保健一前言山东大学博士后研究工作报告1、光催化应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究光催化的氧化性对大多数微生物都有强杀伤力,因此可以考虑作为杀菌消毒的手段,尤其是用于生活用水的净化。光催化不仅仅能杀死普通的细菌和病毒,它还能使某些癌细胞失活2020/2/96一前言山东大学博士后研究工作报告2、亲水性应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究防雾透明自清洁镜子表面一旦形成雾膜，反射像变得模糊不清。当水在TiO2薄膜表面的接触角小于15°时具有高的水流动性，小于10°时有自清洁效果，小于7°时有防雾效果。因此高度亲水化表面可起到防止水分子在表面凝聚成小液滴防雾效果。用于浴室的镜子、农用暖房薄膜、仪器仪表的显示屏、汽车交通工具的门窗玻璃及反光镜2020/2/97一前言山东大学博士后研究工作报告2、亲水性应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究防雾透明自清洁建筑、交通运输工具、广告牌、路牌等表面上，雨水会自动将其清洗干净。室内装饰及室内用具，表面达到高度的亲水性而便于清洗，上面吸附的尘埃很容易擦净，非常有利于保持表面的洁净。汽车车身表面涂有这种涂料可减少洗车用水90%。2020/2/98一前言山东大学博士后研究工作报告2、亲水性应用改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究亲水、疏水对防雾透明的影响2020/2/99一前言山东大学博士后研究工作报告3、光催化机理改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究e2020/2/910一前言山东大学博士后研究工作报告3、光催化机理改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究半导体被光辐射时将有一个电子从价带激发到导带的同时，在价带中产生一个空穴，这样产生的电子具有还原能力而空穴则具有氧化能力。活泼的电子、空穴可以分别从半导体TiO2的导带(Ｂ)、价带(ＶＢ)迁移至TiO2和吸附物两相之间的界面上，而且跃过界面，使吸附物氧化或还原；同时也存在电子、空穴的复合2020/2/911一前言山东大学博士后研究工作报告3、亲水机理改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究桥氧结构Ti4++ｅ→Ti3+，O2-+2h+→1/2O2空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水(表面羟基)，HOHOTiOTi-H2O(1)+H2O(2)OOTiTiOTiOOTi(3)(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)OO2020/2/912一前言山东大学博士后研究工作报告3、亲水机理改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究OTiOTiOOTiTiO22020/2/913二基本问题山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、亲水性及其相互关系的研究溶胶制备结合强度凝胶形成过程热处理与光催化活性的关系2020/2/914二基本问题山东大学博士后研究工作报告1、溶胶制备改性TiO2薄膜的光催化活性、亲水性及其相互关系的研究在醇盐溶液中加入醋酸，醋酸根和金属阳离子配位，能形成新的前驱体分子，改善原前驱体的反应活性，使整个水解缩聚反应得到改善，这样能更好的控制反应过程，调整溶胶的流变性质，提高其稳定性2020/2/915山东大学博士后研究工作报告2、结合强度改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题烧结的目的薄膜与基体材料牢固结合薄膜的晶化载玻片基体上薄膜烧结的最佳温度为650℃釉面砖基体薄膜的最佳烧结温度为1000℃2020/2/916山东大学博士后研究工作报告3、烧结过程凝胶性质的变化改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题2020/2/917山东大学博士后研究工作报告3、烧结过程凝胶性质的变化改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题室温下干燥的凝胶薄膜在烘箱中缓慢加热，分别在100℃保温和250℃各保温30min。然后放入马福炉中以2℃/min的速度加热到650℃保温1h，随炉冷至室温即可。2020/2/918山东大学博士后研究工作报告3、烧结过程凝胶性质的变化改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题30000×Relativeintensity/(a.u.)○锐钛矿相O(101)O(200)2020/2/919山东大学博士后研究工作报告4、烧结温度与光催化关系改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题O22020/2/920山东大学博士后研究工作报告4、烧结温度与光催化关系改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题135790306090120650℃500℃550℃线性(650℃)线性(500℃)线性(550℃)线性醋酸浓度/10-4(mol/L)时间t/min2020/2/921山东大学博士后研究工作报告4、烧结温度与光催化关系改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题缺陷，金红石结构转变2020/2/922山东大学博士后研究工作报告4、烧结温度与光催化关系改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究二基本问题薄膜结合强度与光催化活性的协调单纯的TiO2薄膜本身对二者无法兼顾。但对TiO2可以进行离子掺杂改性处理，使TiO2在高温烧结下仍能显示良好的光催化活性。2020/2/923山东大学博士后研究工作报告氧化镧和氧化铈掺杂与SiO2复合改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究三离子掺杂TiO2光催化从化学观点看，金属离子掺杂可能在半导体晶格中引入了缺陷位置或改变结晶度等，从而影响电子-空穴对的复合。如成为电子或空穴的陷阱而延长其寿命当半导体和绝缘体复合时，绝缘体大都起着载体的作用。然而载体与活性组分之间的相互作用常常会产生一些特殊的性质，引起光催化活性的提高。2020/2/924山东大学博士后研究工作报告1氧化镧和氧化铈掺杂改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究三离子掺杂TiO2光催化05100306090120纯二氧化钛铈钛原子比4%铈钛原子比2%铈钛原子比6%05100306090120纯二氧化钛镧与钛原子比4%镧与钛原子比2%镧与钛原子比6%2020/2/925山东大学博士后研究工作报告1氧化镧和氧化铈掺杂改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究三离子掺杂TiO2光催化2020/2/926山东大学博士后研究工作报告1氧化镧和氧化铈掺杂改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究三离子掺杂TiO2光催化三价态铈离子在高温下易氧化，薄膜中铈以四价态存在Ce4+容易得到一个光生电子而变成Ce3+。因而Ce4+起到光生电子捕获剂的作用，电子被铈离子捕获后，难与空穴再结合，从而有效地促进电子与空穴的分离提高光催化活性。在La2O3-TiO2二元结构中，四价的钛离子可替代三价的镧离子，从而引起电荷的不平衡，为弥补这种电荷的不平衡，在薄膜表面将吸附较多的氢氧根离子。可与光生空穴反应生成活性羟基。这不仅使电子和空穴可得到有效分离，此外活性羟基参与催化反应也进一步提高了光催化活性2020/2/927山东大学博士后研究工作报告2、SiO2掺杂改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究三离子掺杂TiO2光催化EffectofSiO2contentonthephotocatlayticdecomposingaceticacidofTiO2/SiO2film醋酸浓度×10-4(mol/L)t/min05100306090120(a)(b)(c)(d)5%10%0%20%2020/2/928山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性1、亲水性Schematicchartofcontact-angleofdroplet亲水角θd2020/2/929山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性SiO2content%01020304050Contactangle/(o)1hirradiation10107539Contactangle/(o)Indarkplacefor24hours30161576131、亲水性2020/2/930山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性SiO220%SiO240%,TiO2,2、特征2020/2/931山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性UV-Vistransmissionspectrafilmsbyrepeating2coatingcycles半导体的光吸收阈值与带隙关系)(1240)(eVEnmg)(1240)(eVEnmg020406080100280380480580680780abcdesodalimeglassSiO20%SiO210%SiO230%SiO240%wavelength(nm)Transmission(%)2020/2/932山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性3、机理SiO2为蓄水材料，Si-O键能高形成Lewis酸位,吸附羟基SiO2处及复合氧化物处成为稳定的物理吸附水层稳定Ti3+-OH结构2020/2/933山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性电荷差是将一个键上由阳离子和阴离于算出的静电结合差再乘以阳离子的配位数Lewis酸位3、机理2020/2/934山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究四TiO2/SiO2复合薄膜超亲水性TiO2，1个钛原子与6个氧原子相连，每一个键的电荷数为4/6，SiO2，1个硅与4个氧原子相连,每一个键的电荷为1.SchematicofTi-O-SibondandLewisacidofTiO2-SiO2filmsSiTiOOOOOOOOO32442020/2/935山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究五TiO2/SiO2复合薄膜光催化，超亲水性及自清洁关系•光催化，超亲水性相互关系•光催化，超亲水性对自清洁的影响•光催化，超亲水性二者比例关系2020/2/936山东大学博士后研究工作报告改性TiO2薄膜的光催化活性、超亲水性及其相互关系的研究五TiO2/SiO2复合薄膜光催化，超亲水性及自清洁关系TiO2-SiO2(SiO2content40%)X