影响纳米TiO 2薄膜特性的因素
纳米TiO 2薄膜的制备与表征
纳米TiO 2薄膜的特性
纳米TiO 2薄膜的应用
第2讲
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纳米TiO 2薄膜的特性
(一）光催化特性
接触角的示意图：
在气、液、固三相交界点，气-液与液-固界面张力之间的夹角称为接触角，通常用q 表示。
纳米TiO 2薄膜的特性
固体表面与水的接触角越小，亲水性越好，当接触角接近0°时，称之为超亲水性。 1
(二）超亲水性
纳米TiO 2薄膜的特性
二氧化钛的光致亲水性这一现象的发现实际上是1995年在TOTO 公司实验室中的一个偶然现象。他们发现如果在二氧化钛膜的制备过程中加入一定量的SiO 2，在紫外光照下薄膜就获得了超亲水性。年Wang 等在《Nature 》上撰文报道了经紫外光照射的二氧化钛薄膜具O
Ti
O
Ti
O O Ti
TiO 2
纳米TiO 2薄膜的特性
超亲水机理
水角：72º（光照前）（光照后）
纳米TiO 2薄膜的特性
超亲水机理
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关于TiO 2薄膜的光致超亲水性机理有一种观点认为光致亲
水性是由于光催化降解了吸附在二氧化钛表面的有机物所致。
目前比较认同的观点是二氧化钛表面的超亲水性起因于其表面结构的变化：在紫外光的照射下，氧化钛价带的电子被激发到导带，电子和空穴向氧化钛表面迁移。电子与纳米TiO 2薄膜的特性
纳米TiO 2薄膜的特性
(三）抗菌和除臭特性
TiO 2薄膜的抗菌和杀毒作用是基于有光谱抗菌性，它可杀除大肠杆菌、绿脓菌、葡萄球菌、霉菌、化脓菌沙门氏菌和曲菌等200多种病毒细菌，其杀毒率高达由于细菌属于单体有机物大分子，光催化杀菌效应是细菌和多种1
影响TiO 2薄膜特性的因素
(一）影响TiO 2薄膜光催化的因素
TiO 2薄膜自身特性
TiO 2晶相结构(A > R > (B) > Am 粒径
搅拌状况（超声）
(二）影响TiO 2膜超亲水特性的因素
1.晶相结构的影响
影响TiO 2薄膜特性的因素
影响TiO 2薄膜特性的因素
2.晶面的影响
TiO 2单晶表面超亲水性研究表明：TiO 2(110)面和（100）面比（001）更容易受光激发具有超亲水性，这是由于各个晶面具有不同的钛配位结构。在（110）晶面上，一半的钛为五配位结构；在（全部的钛为五配位的桥氧结构；而在（2
影响TiO 2薄膜特性的因素
3.环境气氛的影响
将TiO 2薄膜分别置于空气和氧气气氛中，在紫外光线的照射下，空气中薄膜与水的接触角很快降低，表现出很高的亲水性；而氧气中薄膜与水的接触角下降缓慢。这是由于氧的存在不利于氧空位的生成，也就不会在表面形成较多的化学吸附水。
5.薄膜厚度的影响
开始，随TiO
当增加到一定的厚度时，接触角基本不变。这是因为薄膜较薄时，部分紫外线可以通过薄膜，光利用率低。随膜的增厚，华
3纳米TiO2薄膜的应用
建筑物窗玻璃、汽车挡
风玻璃及后视镜、浴室
镜子、眼镜镜片等物品，
（一）亲水性应用—防雾
汽车侧视镜
华
东
理
工
大
学
3纳米TiO2薄膜的应用浴室玻璃
直升飞机上防雾滴薄膜
华
东
理
工
大
学
3
（二）自清洁特性
纳米TiO
2
薄膜的应用
曹安公路（上海）
利用氧化钛薄膜的强氧化能力
和超亲水特性，可制成自清洁
材料。
当镀有氧化钛薄膜的表面与
油污进行接触时，由于其表面
的超亲水性，油污不能与表面
结合，而是浮在水膜上。附着
的油污在水淋冲力作用下，能
自动从氧化钛表面脱落。
3纳米TiO2薄膜的应用
日本四国徳島競馬場3纳米TiO2薄膜的应用
传统的涂料光触媒透明涂料
在停车场的测试–用了两年之后
纳米TiO 2薄膜的应用旧式的白涂料面板经过光催化作用后的面板
应用于隧道表面
太阳能器件上
纳米TiO 2薄膜的应用
纳米TiO 2薄膜的应用
（三）光催化—室内、外空气净化
室内空气污染物含有甲醛、苯、甲苯、氨等多种致癌致病挥发性有机物，已经成为人类健康的“隐形杀手”。纳米二氧化钛薄膜可以将甲醛、苯等绝大多无有机污染物降解为CO 2和H 2O ，是公认极具发展潜力的室内空气污染治理新材料。
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纳米TiO 2薄膜的应用
（四）杀菌除臭
包括：
•流行性感冒A（流感), •杆状菌
(炭癔热),
•链球菌，生脓源, •大肠杆菌,
•Legionella pneumophila, •分支杆菌，, •支原体，肺炎•腺病毒
•Neisseria meningitidis, •艾柯病毒, •呼吸道病毒, •葡萄状球菌，奥里斯•甲醛•非典.
华东理工大学纳米TiO 2薄膜的应用
抗菌食品包装袋
抗菌膜华东理工大学
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纳米TiO 2薄膜的应用
杀菌消毒–应用于医院
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纳米TiO 2薄膜的制备
纳米TiO 2薄膜
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（一）溶胶-凝胶及其改进方法
传统的Sol-gel法：首先制备TiO 2溶胶，然后采用浸涂、旋涂、喷涂、提拉等方法将TiO 2溶胶涂敷于载体上，再通过干燥、焙烧处理，完成TiO 2的成膜和晶化。
纳米TiO 2薄膜的制备
ρ—溶胶的密度；η—溶胶的粘度；ν—提拉速度；γ—表面张力；g—重力加速度。
浸渍-提拉制备薄膜的厚度计算：
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优点：Sol-gel 方法可制备M-TiO 2(M 过渡金属或贵金属) 、非金属掺杂、TiO 2/其他氧化物或半导体的复合薄膜材料。缺点：不能在木材、高分子等不耐高温的载体材料表面制膜。
水煮法: 用水蒸气或热水来处理溶胶-凝胶法制备的TiO 2薄膜。
(a) TiO 2薄膜水煮前; (b) 水煮后的TiO 2薄膜; (c) 水煮后的Si/Ti=1:5复合薄膜; (d) 水煮后的Si/Ti=5:1复合薄膜
罗丹明B
纳米TiO 2薄膜的制备
纳米TiO 2薄膜的制备
溶剂热法: 在溶剂存在下对TiO 2溶胶进行低温热处理，是之转化为含有TiO 2晶粒的胶体溶液。 低温水
热法: 用水代替有机溶剂，同时加入硝酸等强酸控制钛源的水解速度，通过低温水热处理，制备含有钛酸四丁酯和乙醇的混合液
Fe 3+掺杂的TiO 2溶胶
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纳米TiO 2薄膜的制备
可见光下降解若丹明B
(a)0Fe-TiO2-80-6；(b) 1.2Fe-TiO2-80-6；(b)(c) 1.2Fe-TiO2-90-6；(d) 1.2Fe-TiO2-100-6
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