表面氟化与氟掺杂的TiO<,2>功能薄膜的制备与表征

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采用PEG修饰的溶胶.凝胶法制备了具有多孔结构的纳米TiO2薄膜,然后将多孔TiO2薄膜浸入NaF溶液中进行表面氟化,从而得到了表面氟化的多孔TiO2(F—TiO2)薄膜。采用XRD,FTIR,AFM,XPS以及UV—Vis DRS对制备的多孔F—TiO2薄膜进行表征,结果表明,表面氟化没有改变TiO2的光学吸收边缘,却增加了多孔TiO2薄膜的表面粗糙度以及表面羟基(—OH)含量。通过罗丹明B(RhB)的光催化降解以及水滴接触角的变化来考察表面氟化对多孔TiO2薄膜光催化活性和光致亲水性的影响,发现表面氟化不仅增加了RhB在多孔TiO2薄膜上的吸附量而且有利于自由的羟基自由基(·OHfree)的生成,因而提高了多孔TiO2薄膜的光催化活性。另外,NaF溶液的浓度和pH值极大地影响了多孔F—TiO2薄膜的光催化活性。在pH值为4.0,浓度为40 mM的NaF溶液中制备的多孔F—TiO2薄膜具有最高的光催化活性,其在150 min内对RhB的降解率高达97%。虽然表面氟化增加了TiO2薄膜表面的疏水性,但是由于多孔的结构,水滴在多孔F—TiO2薄膜表面的初始接触角仅为22.7°,远远小于致密的F—TiO2薄膜。在紫外光的照射下,多孔TiO2和F—TiO2薄膜都具有光致亲水性,其中多孔F—TiO2薄膜表面水滴接触角的下降速率远远大于多孔TiO2薄膜。 以氟化铵为氟源,采用加热回流和水热相结合的方法低温制备了氟掺杂的TiO2薄膜。考察了水热温度,水热时间以及氟的掺杂量对所制备薄膜性质和光催化活性的影响。结果表明120℃水热制备的溶胶为均匀不透明的乳白色,放置2个月也不会出现沉淀,所制备的TiO2薄膜均匀透明,没有彩光。随着水热时间的延长,TiO2薄膜紫外降解RhB的光催化活性先增加后降低。120℃水热10h制备的TiO2薄膜具有最高的光催化活性。XPS结果表明氟离子的掺杂形态有两种:一种为吸附在TiO2表面的氟离子(Fls的结合能为684.4eV,即表面氟化);另一种为掺杂到TiO2品格的氟离子(Fls的结合能为688.6eV)。这两种掺杂形态都有利于提高TiO2的光催化活性。随着氟掺杂量的增加,TiO2薄膜的光催化活性先增大后减小,F/Ti(摩尔比)为1.0%的FTO薄膜活性最高,其在150min内对RhB的光催化降解率为90.2%,比TiO2薄膜提高了23%。
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