鋁材表面狀態(tài)對(duì)TiO

鋁材表面狀態(tài)對(duì)TiO

光下所表現(xiàn)出的強(qiáng)氧化還原能力和超親水性，在污染處理和功能材料制備領(lǐng)域發(fā)揮著廣泛的應(yīng)用作用。光的作用和光的親水性是ti2。福喜學(xué)思等人認(rèn)為，光的親水性是光回收的唯一性質(zhì)。金振生等人認(rèn)為，親水性與光的提取性能有關(guān)。ti2的親水性由表面污染引起，光的提取功能可以保持親水性。在這項(xiàng)工作中，我們選擇了具有應(yīng)用前景的建筑材料作為基本材料，并在含有30ml或羥基氧化物的表面制備了具有不同條件的樣品。在不同條件下，用滴加光的顆粒在不同條件下產(chǎn)生了油、酸、乙酸鈉的光激發(fā)和分解性能。探討光激發(fā)與親水性之間的關(guān)系，發(fā)展具有廣泛用途的自清潔木材。1實(shí)驗(yàn)部分1.1鋁片表面ti2膜的制備在一定量去離子水中加入適量的硝酸,在強(qiáng)烈攪拌下滴加一定量的鈦酸四丁酯,繼續(xù)攪拌直至變成均勻透明的溶膠.溶膠經(jīng)半透膜滲析,調(diào)節(jié)pH至3.0左右,即得到穩(wěn)定的TiO2水溶膠.選擇表面通過(guò)電化學(xué)氧化而形成均勻氧化鋁層的鋁片(記為Al2O3/Al),將其通過(guò)稀NaOH溶液浸洗去除氧化層,制得純鋁樣片(記為Al).氧化層是否存在和除掉通過(guò)測(cè)定表面電導(dǎo)率變化來(lái)判斷.當(dāng)Al片表面具有氧化鋁層時(shí),其電導(dǎo)率約10-3S/m,當(dāng)氧化鋁層去除后,其表面電導(dǎo)率升至約10S/m.鋁片表面TiO2膜采用提拉法制備,即將制備好的鋁片浸入TiO2水溶膠中,以穩(wěn)定的速度從溶液中提拉出液面,如此重復(fù)3次后,將其晾干,于400℃焙燒2h,制得涂有TiO2薄膜的樣片.這兩種樣片分別記為TiO2/Al2O3/Al和TiO2/Al.1.2乙烯濃度變化將油酸稀釋為丙酮溶液,按0.1mg/cm2的量均勻涂抹在兩種鋁片上,待自然晾干后,用波長(zhǎng)254nm、強(qiáng)度約為2.0mW/cm2的紫外燈進(jìn)行照射.在ThermoNicolet的Nexus670型FTIR紅外光譜儀上,采用衰減全反射(ATR-Ge)附件測(cè)定油酸經(jīng)不同時(shí)間光照時(shí)的結(jié)構(gòu)及在表面的剩余量變化.考慮到各個(gè)測(cè)試點(diǎn)油酸量的不均勻性以及在Ge晶表面粘附引起的可能損失,每次攝譜時(shí),隨機(jī)取5個(gè)不同點(diǎn)測(cè)試,定量時(shí)取其平均值.將制得的樣片(10cm×10cm×2cm)放入一容積為16L的特制帶風(fēng)機(jī)密閉干燥器中,用注射器注入乙烯氣體,待濃度均勻后,用紫外燈(254nm,4W×2)照射,定時(shí)取樣分析乙烯濃度變化.乙烯濃度用HP-4890氣相色譜離線分析.1.3紫外地第三光譜測(cè)定:紫外地第三光譜,熒光光譜,fs-fl49和fs-用量.不同處理樣片對(duì)水的接觸角在德國(guó)Dataphsics的OCA-20接觸角測(cè)試儀上測(cè)定.紫外漫反射光譜用澳大利亞Vairian公司產(chǎn)Carry500型UV-Vis漫反射光譜儀測(cè)定.熒光光譜在蘇格蘭Edinburgh分析儀器有限公司產(chǎn)FS/FL900時(shí)間分辨儀上測(cè)定,用325nm的Xe燈作為激發(fā)光源.2結(jié)果和討論2.1油酸c—氧化鋁層對(duì)TiO2薄膜光催化降解油酸性能的影響圖1為4種樣片在不同光照時(shí)間下催化油酸降解的ATR-FTIR譜圖,2923和2854cm-1吸收帶是典型的油酸C—H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰,可以看出,2個(gè)有TiO2膜樣片對(duì)油酸的降解速率明顯高于相應(yīng)的空白樣品,且TiO2/Al2O3/Al樣片的性能優(yōu)于TiO2/Al樣片.2.2對(duì)乙烯的光催化氧化性能比較TiO2/Al和TiO2/Al2O3/Al兩種樣片對(duì)乙烯的光催化氧化性能(圖2)可以看出,在相同的光照時(shí)間條件下,前者對(duì)乙烯有更高的光催化氧化轉(zhuǎn)化率.這說(shuō)明氧化鋁層不利于TiO2薄膜對(duì)乙烯的光催化氧化,這與對(duì)油酸的光降解效果相反.2.3tio3/al2o3和tio3表面光催化氧化性能的比較4種不同樣片表面對(duì)水的接觸角隨光照時(shí)間的變化結(jié)果(圖3)表明,無(wú)TiO2薄膜的Al2O3/Al和Al表面幾乎無(wú)光致親水性,而有TiO2膜的TiO2/Al2O3/Al和TiO2/Al光致親水性良好.此差別與對(duì)乙烯光催化氧化性能的結(jié)果一致,與對(duì)油酸光催化降解性能的結(jié)果相反.2.4光催化降解性能的差別UV-Vis漫反射吸收光譜(圖4)顯示,樣片基底的差別沒(méi)有導(dǎo)致TiO2的吸收帶邊即禁帶寬度明顯變化,但對(duì)TiO2的光吸收性能有影響,TiO2/Al的光吸收能力比TiO2/Al2O3/Al的強(qiáng).這與樣片對(duì)乙烯的光催化性能一致,但與對(duì)油酸的光催化降解性能的差別相矛盾.顯然無(wú)法從TiO2的禁帶寬度和光吸收性能的差別解釋基底對(duì)TiO2膜性能的影響,光催化性能的差別可能與過(guò)程的機(jī)理有關(guān).半導(dǎo)體的熒光發(fā)射光譜是由于光致電子-空穴對(duì)的再?gòu)?fù)合引起的,發(fā)射熒光的強(qiáng)弱與載流子捕獲、遷移和轉(zhuǎn)化的效率有關(guān),熒光強(qiáng)度越低,說(shuō)明電子-空穴對(duì)復(fù)合率越低.從樣片的穩(wěn)態(tài)熒光發(fā)射光譜(圖5)可以看出,除純Al外,其余樣片均在450nm波長(zhǎng)附近出現(xiàn)不同強(qiáng)度的黃綠色熒光寬發(fā)射帶,TiO2/Al的熒光強(qiáng)度最大,Al2O3/Al和TiO2/Al2O3/Al的熒光強(qiáng)度差異不大.TiO2/Al2O3/Al的熒光發(fā)射強(qiáng)度低于TiO2/Al意味著前者的光催化性能應(yīng)優(yōu)于后者,這與2種樣片光催化降解油酸的性能一致.然而,利用熒光強(qiáng)度的差別卻難以解釋樣片親水性和光催化氧化乙烯性能的差別.2.5tio薄膜的光催化氧化機(jī)理Pt等貴金屬對(duì)TiO2光催化性能的作用曾通過(guò)金屬-半導(dǎo)體之間形成的Schottky勢(shì)壘得到解釋(圖6),由于Pt的功函數(shù)比TiO2的高,因而Pt作為電子接受體,于TiO2在兩者界面處形成Schottky勢(shì)壘,從而降低了光致電子-空穴對(duì)復(fù)合率.TiO2/Al樣片也可能存在與Pt/TiO2相類似的電子轉(zhuǎn)移.由于金屬Al的功函數(shù)(φm)比TiO2的功函數(shù)(φs)低,導(dǎo)致TiO2/Al中電子的轉(zhuǎn)移方向與Pt/TiO2相反,即電子從Al表面向TiO2表面遷移形成歐姆接觸(不是Schottky勢(shì)壘).在上述過(guò)程中,從金屬Al表面遷移到TiO2表面的自由電子增加了TiO2的導(dǎo)帶電子數(shù),并可與光致空穴復(fù)合.圖7(A)表示Al和TiO2界面處的歐姆接觸,圖7(B)為TiO2/Al在光照時(shí)電子轉(zhuǎn)移及與光致空穴復(fù)合過(guò)程的示意圖.對(duì)于TiO2/Al2O3/Al樣片,由于TiO2與金屬Al之間是Al2O3絕緣層,且Al2O3功函數(shù)比TiO2大得多,能帶又很寬,電子處于能級(jí)很低的價(jià)帶中,因而兩者之間不存在電子轉(zhuǎn)移.上面的分析有助于解釋不同樣片的光致親水性、光催化氧化乙烯和光催化分解油酸性能的差別.Fujishima等認(rèn)為,TiO2的光致親水性是由光致電子還原表面Ti4+離子產(chǎn)生大量具有親水能力的氧空位所致,光致電子的存在是TiO2薄膜產(chǎn)生光致親水性的前提.由圖7可見(jiàn),TiO2/Al樣片中Al表面的自由電子向TiO2表面轉(zhuǎn)移到TiO2的導(dǎo)帶時(shí),相當(dāng)于提供光致電子直接被Ti4+捕獲,從而有利于氧空位親水中心生成.而TiO2/Al2O3/Al樣片中不存在上述的電子轉(zhuǎn)移,因而呈現(xiàn)相對(duì)較弱的光致親水性.Nakamura等也曾研究TiO2薄膜自身的導(dǎo)電性與其親水性的關(guān)系,認(rèn)為TiO2薄膜的光致親水性與其導(dǎo)電性有關(guān),TiO2薄膜導(dǎo)電性的增強(qiáng)有助于提高其親水性.對(duì)于TiO2/Al樣片,Al向TiO2遷移的自由電子相當(dāng)于提高TiO2導(dǎo)帶電子數(shù)目,增強(qiáng)其導(dǎo)電性,因而TiO2薄膜的親水性得以提高.至于TiO2薄膜的光催化分解油酸和乙烯性能上的差別也可能與兩者的不同光催化作用機(jī)制有關(guān).一般認(rèn)為,液固相光催化反