光催化劑TiO2薄膜的制備工藝

郭偉楠

（赤峰市環境保護局內蒙古赤峰024000）

光催化劑TiO2薄膜的制備工藝

郭偉楠

（赤峰市環境保護局內蒙古赤峰024000）

本文介紹了TiO2催化劑的晶體結構和制備工藝，為學者的研究提供基礎的資料。

TiO2薄膜；制備工藝

光催化氧化還原通常以n型的半導體（如SnO2、ZnO、Fe2O3、TiO2、WO3等）作為催化劑。TiO2由于化學性質以及光化學性質都十分穩定，并且價格低廉、不具有毒性，穩定性較好，因此光催化氧化還原通常用TiO2作為光催化劑去除污染物。

TiO2是一種半導體材料，具有良好的光催化性能.1972年Fuj i shi m a［1］報道了TiO2作為光催化劑分解制備出看H2，引起了學術界的廣泛注意。1977年Bard用TiO2作為光催化劑將水中的CN-氧化為OCN－，從而引起科研工作者對TiO2光催化性能的探索，特別是在環境材料科學領域內TiO2備受研究者的青睞［2］。

1　 TiO2催化劑的晶體結構

目前，主要有銳鈦礦型和金紅石型這兩種晶型的TiO2用作于光催化劑，相比較而言銳鈦礦型的TiO2催化活性比金紅石型略高［3］。這兩種晶型結構均可由相互連接的TiO6八面體來表示，兩者的不同之處在于八面體間相互連接方式和畸變程度的不同。因此，他們結構的差異導致了他們有不同的電子能帶結構與質量密度。銳鈦礦型的帶隙（3.3eV）較大于金紅石型的帶隙（3.1eV），質量密度（3.894g/cm3）較小于金紅石型的質量密度（4.250g/cm3）。金紅石型TiO2的光生電子與空穴容易復合是因為比表面積略小，對氧氣的吸附能力略差，因此其催化活性將受到影響［6］。

2　 TiO2薄膜制備工藝

薄膜是與其他物質形態不同的一種新的凝聚形態，一般是指為微米級厚度以下的薄層。從它的結構來分可分為單晶、多晶、非晶、微晶或者超晶格等。從化學組成可分為單質、無機材料以及有機材料等。制備TiO2薄膜即將TiO2或者前驅體涂覆在基材上，因而在基材的表面形成一層薄膜。已研究過的被涂覆基材可分為有無機材以及有機材料，無機材料可為各種玻璃、不銹鋼、鋁材，有機材料可為有機板。涂覆前驅體可以是光活性的粉末，也可是含鈦的其他物質。基材表面TiO2薄膜的牢固性與光催化性是評價涂層制備方法好壞的兩個重要指標［4］。

目前，TiO2的制備方法主要有氣相沉積法、化學氧化法、水解-沉淀法、溶膠-凝膠法等［5］。

2.1氣相沉積法

物理氣相沉積法是用高溫熱源加熱原料（等離子體、電弧或高頻等），利用熱蒸汽發光、發電使原料形成等離子體或者氣化，然后令其驟冷沉積在基體上。物理氣相沉積法優點是能夠保持膜層的完整度和均勻度，但反應需要在真空的條件下進行，因此物理氣相沉積法對反應設備要求較高。

化學氣相沉積法是在經過加熱的基體表面通過化學反應形成不揮發的薄膜的過程。此方法制備的薄膜純度高，結晶定向好，但薄膜制備工藝復雜，技術難度大。

2.2化學氧化法

化學氧化法是將鈦金屬浸入具有氧化性的溶液中生成晶型TiO2。制備時鈦金屬即參加反應又做基體，具有雙重作用。化學氧化法優點是反應條件溫和以及設備簡單，同時所制得產物具有很好的生物活性和較大的比表面積。缺點是在薄膜容易結構不均勻，附著不牢固。

2.3水解-沉淀法

水解-沉淀法原料一般為TiCl4、TiOSO4等無機鈦鹽，反應過程中將HCl或者NH3OH等酸堿性溶液加入原料中來使鈦鹽水解，然后使其沉積、凝聚在基體表面，經干燥和煅燒之后制得TiQ2薄膜。TiQ2薄膜反應所需原料成本較低且容易獲取，所得膜層結構較均勻細膩、牢固。水解-沉淀法的不足之處是在清洗過濾以及烘干過程中，在反應條件控制不好的情況下容易發生團聚、流失。

3　結語

TiO2是一種半導體材料，具有良好的光催化性能。近年來，國內學者科研工作者對TiO2光催化性能的探索越來越深入，TiO2薄膜的制備方法也越來多樣化，其在光催化領域的應用前景也將越來越好。

［1］Fujishima A，Honda K.Electrochemical photocatalysis of water at a semiconductor electrode［J］.Nature，1972，23（8）：37-381.

［2］段明峰，梅平.半導體光催化氧化在有機廢水處理中的應用與研究進展［J］.化學與生物工程，2003，20（6）：13-15.

［3］Linsebigler A，Lu G，Yates J T J.Photocatalysis on TiO2surface：priciples，mechanisms and selected results［J］.Heterogeneous Chemical Reviews，1995，95（3）：735-758.

［4］張彭義，余剛，蔣展鵬.半導體光催化劑及其改性技術進展［J］.環境科學進展，1997，5（3）：1-10.

［5］汪玲，王莉紅.納米TiO2的光催化機理及其應用［J］.濕法冶金，2004，23（2）：57-60.

郭偉楠（1984—），女，漢族，內蒙古赤峰人，碩士研究生，中級，主要從事環境保護研究。