采用Sol-gel法制備SiO2/TiO2光催化雙層薄膜

王睿飛，趙洪力，樊　慶，郭有文，儲(chǔ)小鵬

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，秦皇島　066004)

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采用Sol-gel法制備SiO2/TiO2光催化雙層薄膜

王睿飛，趙洪力，樊慶，郭有文，儲(chǔ)小鵬

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，秦皇島066004)

采用溶膠-凝膠(sol-gel)旋涂法在玻璃基體上制備SiO2/TiO2雙層膜，提高TiO2的光催化性并賦予傳統(tǒng)玻璃自潔凈功能。通過增加SiO2阻擋層，防止玻璃中的堿金屬離子向TiO2層的擴(kuò)散，同時(shí)以多孔SiO2為模版，增加TiO2的比表面積，提高光的利用率，進(jìn)而提高其光催化活性。對(duì)各影響因素進(jìn)行了研究，得出最佳制備工藝條件。并采用降解甲基橙溶液的方法對(duì)其光催化性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用紫外-可見分光光度計(jì)對(duì)鍍膜樣品的透射比及吸光度進(jìn)行測(cè)試；采用XRD對(duì)薄膜的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：SiO2溶膠陳化時(shí)間為4 d，調(diào)節(jié)溶膠pH值為5，母液與階梯醇的質(zhì)量比為3∶1，旋涂速度為3000 r/min，加液量為3滴，400℃熱處理保溫3 min時(shí)，制備出的薄膜在可見光范圍內(nèi)的平均透射比可達(dá)到94.5%，比未鍍膜玻璃基片提高約3.2%，具有最大透射比。400℃熱處理6 min的雙層膜的光催化性能最好，在紫外燈的照射下對(duì)甲基橙溶液的降解率相較于單層二氧化鈦光催化薄膜明顯提高，提高了25.6%。

雙層膜; 減反射性; 溶膠凝膠法; 光催化性能

1　引　言

TiO2以其極佳的光催化性能，引起了國(guó)內(nèi)外各學(xué)科科學(xué)家的廣泛關(guān)注。這是由于在多數(shù)光催化反應(yīng)過程中它可以說(shuō)是最高效的，擁有極好的穩(wěn)定性與氧化性，并且安全無(wú)毒，使用壽命長(zhǎng)。目前，TiO2可見光催化研究雖然已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，TiO2光催化劑在環(huán)境治理方面具有很大優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際應(yīng)用過程中還存在許多問題，目前其可見光催化或能量轉(zhuǎn)換效率還普遍偏低,其原因是:(1)光能利用率較低，TiO2禁帶較寬，對(duì)太陽(yáng)光的吸收局限于近紫外區(qū)，可見光利用率不高；(2)鍍膜所用載體受限制，比表面積小[1]。

很多研究者都進(jìn)行了相關(guān)研究，目前國(guó)內(nèi)外主要是從TiO2負(fù)載基材、TiO2光催化劑的修飾、改性以及TiO2光催化反應(yīng)的影響參數(shù)幾個(gè)方面進(jìn)行研究。解決第一個(gè)問題，科學(xué)家采用的方法包括減小晶粒尺寸、金屬離子摻雜改性、半導(dǎo)體耦合等[2]。解決第二個(gè)問題，需要對(duì)TiO2負(fù)載，即通過模板法，先在基體上鍍一層多孔的材料，再鍍一層TiO2來(lái)提高膜的比表面積。2004年，Liu等通過溶膠凝膠法制得TiO2/SiO2的復(fù)合薄膜，Inumaru等分別于2005年和2006年制得TiO2/SiO2納米復(fù)合薄膜。如何找到合適的實(shí)驗(yàn)條件提高SiO2的減反射效果和TiO2的光催化效果，這是一個(gè)新的研究方向[3]。

提高TiO2的光催化活性，對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的資源環(huán)境有重大意義。其中，復(fù)合TiO2/SiO2薄膜是一種性能良好、優(yōu)勢(shì)突出的光催化劑，因?yàn)樗哂蠺iO2和SiO2的優(yōu)勢(shì)，而且二者相互之間相互協(xié)同，產(chǎn)生了新的催化活性位而拓展了它的應(yīng)用。采用溶膠凝膠法制備的SiO2減反射薄膜由SiO2顆粒堆積而成，是內(nèi)部存在很多孔隙的多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，因此薄膜的折射率降低，有較好的減反射作用。SiO2減反射膜制備方法簡(jiǎn)單、成本較低、結(jié)構(gòu)可控，是提高太陽(yáng)光利用率的一種較為理想的膜層材料。將性能穩(wěn)定的TiO2薄膜鍍?cè)诙嗫拙W(wǎng)狀SiO2薄膜上，控制薄膜多孔性和TiO2粒子的微觀結(jié)構(gòu)，獲得具備較高光催化活性的薄膜材料。本項(xiàng)目將SiO2做成多孔材料作為基體制備SiO2/TiO2雙層膜，可以增加TiO2的比表面積，提高光催化活性。另外，利用其作為阻擋層，可以防止玻璃中的堿金屬離子向TiO2層的擴(kuò)散；利用SiO2的減反射性，提高光的利用率，進(jìn)而增加光催化活性。

2　實(shí)　驗(yàn)

薄膜材料的折射率與薄膜孔隙率滿足如下公式[4]：

(1)

式中，np為多孔薄膜的折射率，n為致密薄膜的折射率，p為孔隙率。

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們想得到高孔隙率的SiO2作為基底材料，提高TiO2的比表面積，提高光催化活性。

由菲涅爾公式，材料折射率與反射率的關(guān)系滿足

(2)

根據(jù)輻射分布公式，光波在特定波長(zhǎng)的透射率(τ)、反射率(ρ)和吸收率(α)滿足如下規(guī)律：

τ+ρ+α=1

(3)

忽略材料吸收光波帶來(lái)的損失，由上式可知，薄膜材料的透射比τ越大，反射率ρ越小，折射率n越小，孔隙率越大。我們可以通過薄膜材料的透射比表征其孔隙率大小，改變實(shí)驗(yàn)條件得到不同孔隙率的SiO2薄膜。

采用溶膠凝膠法鍍膜[5]，再利用旋涂法將SiO2溶膠均勻涂抹在玻璃基片上，通過改善其制備條件得到透射比最高的SiO2基體，再將TiO2溶膠涂抹在基體上，得到SiO2/TiO2光催化薄膜[6]。利用控制變量法，進(jìn)行單因素多水平實(shí)驗(yàn)，研究包括陳化時(shí)間、pH值、稀釋比、旋涂速度及加液量、熱處理時(shí)間及溫度等7個(gè)因素[7-9]，每個(gè)因素進(jìn)行4～5個(gè)水平試驗(yàn)比較，得到最佳方案。

2.1溶膠的制備

2.1.1SiO2溶膠的制備

取13.03 g正硅酸乙酯與84.06 g無(wú)水乙醇混合攪拌10 min；稱取2.19 mL去離子水和0.68 g氨水加入到原混合溶液中，封口攪拌6 h，而后陳化若干天(室溫)。向陳化結(jié)束后的母液中加入抑制劑(冰乙酸)，調(diào)節(jié)pH值為3.5、4.5、5.5、6.5；然后加入階梯醇稀釋(母液與階梯醇質(zhì)量比1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)，攪拌1 h后鍍膜。

2.1.2TiO2溶膠的制備

取20.01 g鈦酸丁酯，加入5.30 g冰乙酸，7.91 g乙醇，混合攪拌30 min；在另取6.01 g去離子水、5.69 g硝酸混合振蕩，加入63.11 g乙醇攪拌，在攪拌過程中，緩慢滴加到原混合溶液中，混合攪拌5 h后陳化備用。

2.2薄膜的制備

使用旋涂機(jī)鍍膜，旋涂速度分別為2000 r/min、2500 r/min、3000 r/min、3500 r/min、4000 r/min；開啟旋轉(zhuǎn)后，用滴管將鍍膜液滴加到載玻片中央，設(shè)置加液量為1滴、2滴、3滴、4滴、5滴(20滴約1 mL)，得到不同旋涂速度的樣品[10]。選用透射比最高的載玻片作為基體鍍雙層膜。薄膜制備完成后，干燥5 min后進(jìn)行熱處理。熱處理溫度為300℃、400℃、500℃、600℃，隨溫入爐保溫3 min、6 min、9 min、12 min，保溫結(jié)束后直接取出冷卻。

2.3粉末的制備

將母液放入80℃恒溫干燥爐中蒸發(fā)，固體研磨→相同條件熱處理→再研磨。

2.4性能測(cè)試

SiO2薄膜的增透性能分析采用紫外-可見分光光度計(jì)測(cè)試樣品在可見光范圍內(nèi)的透射比。透射比越大，基底比表面積越大，對(duì)光的利用率越高，光催化性能越強(qiáng)。

TiO2薄膜的光催化性能分析采用降解甲基橙溶液進(jìn)行表征，用紫外燈照射薄膜樣品30 min后測(cè)試溶液的吸光度。

XRD是常用薄膜分析方法，通過對(duì)材料進(jìn)行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得材料成分及結(jié)構(gòu)形態(tài)。

AFM是通過檢測(cè)待測(cè)樣品表面和儀器之間的極微弱的原子間相互作用力來(lái)研究物質(zhì)表面結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。

3　結(jié)果與討論

3.1SiO2薄膜的減反射性能

3.1.1溶膠陳化時(shí)間的影響

圖1　不同陳化時(shí)間的透射比曲線Fig.1　Transmittance curves of different aging time

溶膠的水解縮聚反應(yīng)進(jìn)程以及粘度受溶膠陳化時(shí)間影響，這直接影響SiO2的透射比。在本實(shí)驗(yàn)中，在恒定室溫下，溶膠陳化1～7 d，用乙酸調(diào)溶膠pH值為5.5，母液與階梯醇的配比為4∶1，鍍膜旋涂速度2500 r/min，加液3滴。400℃熱處理3 min后測(cè)試透射比。

圖1為在可見光(400～800 nm)范圍內(nèi)樣品的透射比曲線圖。由圖可知，鍍膜后樣品的透射比比未鍍膜的載玻片有了明顯的提高，說(shuō)明SiO2膜有很好的增透作用。在陳化過程中，溶膠中的SiO2顆粒在不斷生長(zhǎng)，尺寸不斷增大，在一定時(shí)間下薄膜具有較多的孔隙從而降低折射率。表1為不同陳化天數(shù)薄膜在可見光范圍內(nèi)的平均透射比。

由表1可以看出，陳化前四天薄膜樣品對(duì)光的透射比逐漸增大，從第五天開始，透射比降低，可能是SiO2顆粒尺寸過大，形成過大的孔徑，光散射增強(qiáng)，透射效果降低。

表1　不同陳化時(shí)間樣品平均透射比

3.1.2抑制劑的影響

溶膠陳化結(jié)束后，要終止溶膠的水解縮聚反應(yīng)，抑制SiO2的生長(zhǎng)，得到固定結(jié)構(gòu)尺寸的顆粒。本實(shí)驗(yàn)采用冰乙酸作為抑制劑，利用酸堿中和法來(lái)抑制SiO2顆粒生長(zhǎng)。在其他條件均相同的條件下，加冰乙酸調(diào)節(jié)溶膠pH值至4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，平均透射比如表2所示(陳化5 d，母液與階梯醇配比4∶1，2500 r/min，加液量2滴，300℃熱處理3 min)。

表2　不同加酸量樣品平均透射比

由表2可知，當(dāng)pH值為5.0時(shí)，樣品的平均透射比達(dá)到了最大，為93.3%，比載玻片提高了2.0%，增透效果最佳。pH值繼續(xù)增大，透射比減小。

3.1.3稀釋劑的影響

本實(shí)驗(yàn)采用階梯醇進(jìn)行稀釋，階梯醇由質(zhì)量比為1∶1∶1∶1的正丙醇、異丙醇、正丁醇和異丁醇四種醇均勻混合而成。稀釋劑能提高溶膠顆粒的分散率，鍍膜時(shí)能得到較好孔隙率的樣品，提高透射比，高孔隙率的樣品還能提高薄膜的比表面積，提高雙層膜光催化性。其他條件相同，設(shè)置母液與階梯醇的比例分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1，鍍膜后平均透射比如表3所示。

表3　不同稀釋比樣品平均透射比

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，稀釋比過大或過小都對(duì)薄膜的透光性不利，當(dāng)母液與稀釋劑的質(zhì)量比為3∶1時(shí)，薄膜樣品在400～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的平均透射比達(dá)到94.3%，比未鍍膜的玻璃原片提高3.0%，光的透過率最大。

3.1.4旋涂速度和加液量的影響

旋涂速度和加液量會(huì)影響到薄膜的厚度和顆粒分散度。在本實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置旋涂時(shí)間為30 s，以保證溶膠鋪展均勻。分別設(shè)置旋涂速度為2000 r/min、2500 r/min、3000 r/min、3500 r/min、4000 r/min，加液量為1滴、2滴、3滴、4滴和5滴。在其它條件相同的條件下，研究加液量及轉(zhuǎn)速的影響，結(jié)果如圖2、圖3所示。

圖2　不同加液量平均透射比Fig.2　Average transmittance with different charging quantity

圖3　不同旋涂速度平均透射比Fig.3　Average transmittance with different spin speed

由圖2可知，當(dāng)加液量為3滴時(shí)，薄膜樣品在400～800 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)平均透射比最大，為94.4%；當(dāng)旋涂速度為3000 r/min時(shí)，薄膜樣品透射比最大。加液量過少，會(huì)造成鍍膜過??；加液量過大，旋涂液過度堆積會(huì)造成薄膜孔隙率下降，透射比下降。當(dāng)轉(zhuǎn)速過低時(shí)，薄膜過厚，光的反射率較大；轉(zhuǎn)速過高時(shí)，離心力過大，會(huì)破壞薄膜的結(jié)構(gòu)，降低薄膜性能，因此加液量為3滴，旋涂轉(zhuǎn)速為3000 r/min時(shí)，增透膜性能最好[10]。

3.1.5熱處理溫度及時(shí)間的影響

熱處理可以分解掉薄膜內(nèi)殘余的有機(jī)物，提高孔隙率，還會(huì)使薄膜結(jié)構(gòu)發(fā)生重排，這些都會(huì)對(duì)薄膜的增透性產(chǎn)生影響。

將預(yù)先干燥好的鍍膜玻璃樣品分別在200℃、300℃、400℃、500℃下進(jìn)行熱處理3 min、6 min、9 min和12 min，然后將薄膜樣品取出冷卻至室溫。測(cè)試鍍膜平均透射比，測(cè)試結(jié)果如圖4、5所示。保溫3 min時(shí)，熱處理400℃時(shí)可見光范圍內(nèi)平均透射比最大，為93.94%；在400℃熱處理溫度下，保溫3 min的薄膜樣品在可見光范圍內(nèi)平均透射比最大，為94.13%。當(dāng)熱處理溫度升高時(shí)膜內(nèi)有機(jī)物的分解完畢，此時(shí)薄膜孔隙率最大，薄膜具有最佳的增透效果；當(dāng)溫度繼續(xù)升高，薄膜結(jié)構(gòu)改變，形成致密結(jié)構(gòu)，折射率變大，還會(huì)使薄膜表面產(chǎn)生熱缺陷造成光的散射，增透效果變差[11]。

圖4　不同熱處理溫度下平均透射比(保溫3 min)Fig.4　Average transmittance with different heat treatment temperature(holding 3 min)

圖5　不同保溫時(shí)間平均透射比(400℃)Fig.5　Average transmittance with different heat preservation time (400℃)

3.2TiO2樣品的光譜性能和光催化性能

3.2.1加液量的影響

由于SiO2薄膜表面粗糙度過大，當(dāng)旋涂轉(zhuǎn)速低于3000 r/min時(shí)薄膜無(wú)法旋涂均勻，而轉(zhuǎn)速過高時(shí)會(huì)破壞TiO2的薄膜結(jié)構(gòu)，因此只使用3500 r/min的轉(zhuǎn)速鍍膜。保持其他條件不變，加液量為2～5滴，經(jīng)300℃熱處理3 min后待用。發(fā)現(xiàn)隨著滴數(shù)的增加，其光催化性能越強(qiáng)，原因是隨著加液量的增加，參與催化的TiO2也越多，故光催化性也越強(qiáng)。

圖6　不同加液量時(shí)雙層膜的平均透射比Fig.6　Average transmittance of double films with different charging quantity

因此我們研究隨滴數(shù)增加雙層膜對(duì)光的透過率的變化，即測(cè)量其在可見光范圍內(nèi)的透射比，透射比越大，說(shuō)明薄膜材料的空隙率越大，有更大的比表面積，對(duì)光的利用率越高，相對(duì)光催化性越強(qiáng)，如圖6。

當(dāng)加液量為3滴時(shí)，透射比最高，為85.5%，此時(shí)光的透過率最高，相對(duì)光催化性能最好。

3.2.2熱處理溫度及時(shí)間的影響

熱處理溫度是影響TiO2光催化活性的重要因素，它主要影響TiO2的晶型結(jié)構(gòu)和晶型轉(zhuǎn)變過程。經(jīng)過不同熱處理溫度處理后的TiO2，其晶型類型、結(jié)晶度、表面形貌狀態(tài)和粒徑大小及分布等都會(huì)有所變化，從而對(duì)其光催化活性有著重要的影響。其結(jié)果分析如表4、表5。

表4　不同溫度熱處理3 min降解率

表5　400℃熱處理保溫時(shí)間不同降解率

圖7　SiO2粉末XRD圖(400℃)Fig.7　XRD pattern of SiO2 powder

由分析結(jié)果可知，400℃熱處理6 min得到的薄膜樣品光催化性能最好，對(duì)甲基橙的降解率達(dá)到83.2%，經(jīng)測(cè)試，單層TiO2薄膜在相同制備條件下在紫外燈光照處理后的吸光度為0.210，降解率為57.6%，雙層膜的降解率提高了25.6%。這是由于沉積了一層多孔的SiO2薄膜作為基體，提高了TiO2的比表面積，光催化性提高。

3.3XRD及表面分析

3.3.1SiO2的XRD分析

選用400℃熱處理3 min(透射比最大)，采用XRD對(duì)SiO2干凝膠進(jìn)行分析，如圖7。

從圖中可以看出只在2θ=23°左右出現(xiàn)了一個(gè)比較寬化的峰，這是典型的二氧化硅非晶態(tài)峰，這說(shuō)明400℃熱處理得到的SiO2為非晶態(tài)的無(wú)序結(jié)構(gòu)，而非晶態(tài)的SiO2易形成多孔結(jié)構(gòu)，能得到孔隙率較高的薄膜樣品，透光性好[13]。

3.3.2SiO2的表面分析

采用原子力顯微鏡(AFM)觀察了未進(jìn)行熱處理和400℃保溫3 min條件下薄膜樣品的二維和三維形貌。

圖8　(a)未熱處理;(b)保溫3 min(400℃)Fig.8　(a)Without heat treatment;(b)holding 3 min (400℃)

圖9　不同熱處理溫度下TiO2粉末的XRD圖Fig.9　TiO2 powder XRD diagrams with different heat treatment temperature

由圖8中二維形貌圖可以看出，薄膜是由均勻的圓球狀的顆粒堆積而成；由三維形貌圖可以看出，未熱處理的薄膜樣品顆粒堆積比較緊密，表面較為平整；經(jīng)過400℃熱處理保溫3 min以后，膜層中SiO2顆粒間存在大量孔隙結(jié)構(gòu)，顆粒在薄膜表面錯(cuò)落分布，堆積相對(duì)疏松，表面較粗糙。

3.3.3TiO2的XRD分析

取TiO2粉末200℃、300℃、400℃、500℃四組熱處理，保溫時(shí)間6 min。XRD衍射圖如圖9。

隨著溫度的升高TiO2的結(jié)晶度(銳鈦礦型)不斷增大，500℃時(shí)有少量的金紅石相出現(xiàn)[12]，因?yàn)殇J鈦礦型TiO2具有較強(qiáng)的光催化性，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符，應(yīng)該使用400℃熱處理。

4　結(jié)　論

(1)SiO2溶膠陳化時(shí)間4 d后用冰乙酸調(diào)節(jié)溶膠pH值為5，加階梯醇稀釋，母液與階梯醇的質(zhì)量比為3∶1，在載玻片上旋涂鍍膜，旋涂速度為3000 r/min，加液量為3滴，經(jīng)400℃熱處理3 min，所得樣品透射比最高，達(dá)到94.5%，比普通玻璃提高了3.2%;

(2)與單層TiO2薄膜相比，SiO2/TiO2雙層膜具有更高的光催化性能，相比提高了25.6%;

(3)隨著TiO2溶膠加液量的增加，薄膜中參與光催化反應(yīng)的TiO2也增加，光催化性能提高，但是光的透射比不斷減小，降低了光能的利用率，造成材料浪費(fèi)。在加液量為3滴時(shí)，光的透射比最高，為85.5%，光能利用率最大;

(4)TiO2晶型與熱處理溫度有關(guān)，當(dāng)熱處理溫度達(dá)到500℃時(shí)，開始出現(xiàn)銳鈦礦型向催化性能較低的金紅石型轉(zhuǎn)化。催化性能降低，這也符合我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此在400℃熱處理時(shí)最佳。

[1]劉瑋潔.TiO2有序排列球-孔微納結(jié)構(gòu)的制備及光催化性能的研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)博士學(xué)位論文2010:1-15.

[2]申乾宏,黎勝,宗建娟,等.光催化制備結(jié)晶TiO2介孔薄膜及其性能表征[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2010,38(1):158-161.

[3]Zhang M H,Shi L Y,Yuan S,et al.Synthesis and photocatalytic properties of highly stable and neutral TiO2/SiO2hydrosol[J].Journal of Colloid and Interface Science,2009,330(1):113-118.

[4]楊振宇,朱大慶,陸冬生,等.納米孔隙薄膜中孔隙率與折射率關(guān)系的研究[J].光學(xué)學(xué)報(bào),2003,23(11):1366-1369.

[5]孫菁華,呂海兵,吳東,等.溶膠-凝膠法制備氧化硅光學(xué)減反射膜[J].材料導(dǎo)報(bào),2013,27(5):15-19.

[6]Petr,Novotna,Josef K,et al.Photocatalytic activity of sol-gel TiO2thin films deposited on soda lime glass and soda lime glass precoated with a SiO2layer[J].Surface&Coatings Technology,2010,204:2570-2575.

[7]楊毅,王起偉,王連軍.納米TiO2/SiO2復(fù)合顆粒催化性能研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2010,32(4):180-183.

[8]張自升.功能TiO2薄膜材料的制備及其性能研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)學(xué)位論文,2011.

[9]王賀,魏長(zhǎng)平,彭春佳,等.多孔SiO2膜的制備和增透性能研究[J].硅酸鹽學(xué)報(bào),2012,31(2):411-415.

[10]方平安,吳召平.溶膠凝膠制備二氧化硅薄膜的開裂問題研究[J].玻璃與搪瓷,2000,(3):14-19.

[11]李儉.AR膜的制備及微結(jié)構(gòu)調(diào)制的研究[D]秦皇島:燕山大學(xué)學(xué)位論文,2013.

[12]孫懷宇,于立富,李彤彤.納米TiO2制備的研究進(jìn)展[J].當(dāng)代化工,2012,41(3):296-300.

[13]唐愛東,任艷萍.二氧化鈦催化劑晶型調(diào)控技術(shù)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)粉體技術(shù),2010,16(3):69-73.

Preparation of Photocatalytic Double Films of SiO2and TiO2by Sol-gel Method

WANG Rui-fei,ZHAO Hong-li,FAN Qing,GUO You-wen,CHU Xiao-peng

(College of Materials Science and Engineering,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China)

In this paper,SiO2/TiO2double films were prepared by sol-gel process on the glass substrate with spin coating technology to improve the photocatalytic activity of TiO2and give conventional glass self-cleaning function.SiO2barrier layer can prevent the alkali metal ion in glass diffusioning to the TiO2layer,increasing the specific surface area of TiO2using the antireflection of SiO2improves the utilization rate of light and increases its photocatalytic activity. By researching on the factors of sol aging time,the ratio of mother liquor and diluent,coating speed,heat treatment temperature,holding time,the ratio of hydrophobic agent and curing temperature,we obtained a set of optimum preparation conditions. The photocatalytic activity was evaluated by the degradation rate of methyl orange solution. The optical transmittance of films was studied by UV-Vis spectrophotometer. And the structures of the films were characterized by XRD.The experimental results show that the films have the best optical performance with average transmittance 94.5% in the visible wavelength range which increases about 3.2% than that of the uncoated substrate in the optimum condition of 4 d sol aging time,pH value 5 of the sol adjusted by acetic acid,the mass ratio of mother liquor and diluent 3∶1,coating speed 3000 r/min with 3 drops of the solution,400℃ of the heating treatment temperature and 3 min of the holding time.Heated at 400℃ and held for 3 min,the films have the best photocatalytic activity.Under the irradiation of UV light,the degradation rate of this sample for methyl orange solution is higher than monolayer TiO2light catalytic film by 25.6%.

double film;antireflection;sol-gel method;photocatalytic performance

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃(201410216010)

王睿飛(1995-)，男.主要從事硅酸鹽材料方面的研究.

趙洪力，教授.

TQ032

A

1001-1625(2016)02-0638-08