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纳米半导体光催化剂TiO2以其稳定的化学性质、低廉的价格和较高的光催化活性而被广泛地研究并应用。TiO2薄膜与普通的平板玻璃结合可以制成“自洁玻璃”,具有自清洁、空气净化、抑菌、防雾等功能。为了提高TiO2薄膜的光催化性能及杀菌抑菌性能,可以通过多种手段实现,其中掺杂是一种操作方便、简单易行的方法。
该实验采用溶胶-凝胶法在玻璃基片上制备TiO2薄膜和掺杂醋酸锌的TiO2薄膜。通过改变工艺参数研究影响掺杂醋酸锌的TiO2薄膜性能的因素。借助原子力显微镜(AFM)、紫外吸收光谱、接触角测定仪、生物显微镜等测试方法研究了薄膜表面形貌、光催化效率、亲水性及杀菌抑菌性能。
研究结果显示:去离子水的加入量、薄膜层数、热处理温度等工艺条件的变化很大程度上会影响薄膜的质量与性能。在本实验的工艺参数下,550℃、4层膜光催化活性较好;通过AFM分析发现,随着热处理温度升高,晶粒长大,晶型完整,表面粗糙度增加。热处理温度为550℃时,得到的薄膜紧密、细致、光滑;光催化活性、抑菌性及亲水性最佳;掺杂醋酸锌后,TiO2薄膜的光催化活性和抑菌率得到提高,掺杂量以4%(摩尔分数)为宜,激发波长红移,光吸收范围由374nm放大至386nm,禁带宽度由3.32eV变为3.21eV。通过研究不同醋酸锌加入量的TiO2薄膜对大肠埃希菌和金黄色葡萄球的抑菌率,发现其表现出的变化趋势与光催化作用的变化趋势相似,证明加入一定量的醋酸锌可以提高TiO2薄膜的抑菌性。用该法制备的复合薄膜经紫外光照射,具有良好的亲水性。