2022年溶胶凝胶法制备的SiO––TiO复合薄膜的自然超亲水性能的分析研究 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要：溶胶 - 凝胶法制备的 SiO2 TiO2 复合薄膜是由一种 SiO2 聚合溶液和任一种 TiO2 聚合溶液的母液 MS）或派生的 TiO2 的结晶悬浮液 CS）沉积而成；用傅立叶红外光谱, X 射线衍射和 X-射线光电子能谱争论了经 110 或 500热处理的 MS 和 CS 复合膜的化学结构组成；亲水角的测量结果说明,富含 TiO2的 MS 薄膜表现出光诱导超亲水性,但在紫外光缺失情形下不能保持 0 度亲水角；相反, CS 复合膜在较大组成范畴内表现出自然和长久的超亲水性；在SiO2TiO2 界面对复合膜的超亲水性能进行了增强酸度分析

2、,并且争论了 MS和 CS 膜的相对化学结构组成；简介：在紫外线照耀下锐钛矿晶型的 TiO2 第一表现出光诱导超亲水性；通过诱导的光生电子 对使 TiO 2 发生氧化仍原 ；通过对分子或解离的大气水吸附,表面氧空位可以由 OH 基团饱和,从而产生超亲水表面即表面显示亲水角为 0；超亲水表面对水比对碳 污染）掺杂具有更高的亲和力；因此,吸附在表面得污染物很简单被清水冲洗掉从而不必要任何洗涤剂就可产生一个自清洁表面；然而,当复合膜表面置于黑暗中时,由于羟基中的氧被空气中的氧置换,光诱导的超亲水性能可以转变为疏水性；从实际情形考虑,复合膜的表面不能永久性地被紫外线照射如阳光；因此,一个抱负的自洁表面

3、有两个评判标准,即光诱导超亲水性能及其在紫外光缺失条件下的长久性；Machida 等人 3 第一报道了随着复合膜中SiO2 的摩尔分数从 10 30 % 增加过程中的 TiO2 薄膜的正确光诱导亲水性能即复合膜可以在黑暗中储存的时间；RENet 4 也报道了 SiO2TiO2 薄膜具有良好的亲水性和可以增强对底物附着力；结果说明, SiO2 含量的增加不仅提高了锐钛矿型的 TiO2 的光诱导超亲水性能也提高了其光催化活性 5,6 ；为了探究复合 SiO2TiO2 薄膜自清洁作用的应用, Guan 7 争论了光催化和光诱导超亲水性能之间的关系；他提出SiO2TiO2 复合膜中 SiO2 用量对光

4、催化和光诱导超亲水性能有不同的影响；在复合膜中加入摩尔分数为 10 20%的 SiO2 可以得到具有正确的光催化活性的薄膜,而加入摩尔分数为 能的薄膜；此外,一些争论已经说明,30 40%的 SiO2 可以得到具有正确的光诱导超亲水性 TiO2 薄膜中 SiO2 含量的增加会阻碍二氧化钛结晶 8 ,9 ；Lee 等人争论 8 说明,在复合膜的煅烧过程中,当增加 SiO2 含量时复合膜中的 TiO2 从无定形相转变到锐钛矿相,以及由锐钛矿相向金红石相转变需要更高的温度；此外,Yu 等人争论 10 ,11 说明,复合膜中 SiO2 含量的增加对 TiO2 的晶体生长具有抑制成效,由于在热激活生长过

5、程中二氧化钛粒子之间的接触受到二氧化硅的阻碍；最近,Guan 等争论 7 ,12 说明,复合膜中 SiO2 含量的增加可以增强 TiO2SiO2 的表面酸性,从而提高复合薄膜表面的羟基含量进而增强光的亲水性能；在目前的工作中,采纳溶胶凝胶工艺的 SiO2TiO2 薄膜是沉积而成；包含不同SiO2 含量的前体溶液是由两种不同的钛前驱体溶胶制备的；使用一个标准的溶胶凝胶过程 13 制备第一种 TiO2溶胶,在高温下,沉积后处理得到结晶的 TiO2 薄膜；使用一个特定的溶胶凝胶路线制备 14 包含锐钛矿型纳 M晶悬挂的其次种 TiO2 溶胶；以往的争论工作说明,该悬浮液能制备兼具低温加工光学级光催化

6、 15 和 16 光诱导超亲水性能的复合膜；在这篇文章中,探究了由两种不同的TiO2 溶胶沉积制备的SiO2TiO2 复合薄膜的亲水性原理和如何优化其亲水性能；1 试验部分：1 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.1 SiO2TiO2 复合膜的制备：从 TiO2 和 SiO2 前驱体溶胶的混合物沉积而成的二氧化硅 二氧化钛复合薄膜含有 SiO2 摩尔分数 0 100 % ；依据从前公布的试验步骤 17 在无水乙醇,去离子水,盐酸 HCl ）加入稀释的硅酸乙酯 TEOS）聚合物制备一种 SiO2 溶胶；第

7、一制备一种 TEOS的摩尔浓度为 2.3 ,H2O/TEOS 摩尔比为 2.2 和 pH值为 3.5 的高浓度溶胶；将这种溶胶在60储存 2 天；然后,用无水乙醇将这种高浓度溶胶稀释到 TEOS 的摩尔浓度为 1.5 ；其余步骤相同,只采纳两种不同的溶胶凝胶路线制备 TiO2 前驱体溶胶；第一种方法是以去离子水,HCl 和无水乙醇作为溶剂 13 ,与钛酸四异丙酯 TIPT ）混合制备而成聚合物母液MS）；在溶液中 TIPT 的摩尔浓度为 0.4 和 TIPT / 水/ HCl 的摩尔组成为 1 / 0.82/0.13；使该溶液在老化沉积或掺入 SiO2 溶胶之前在室温下静置储存 2天；其次种方

8、法是在无水乙醇中制备二氧化钛纳 M 微晶 14 的晶体悬浮液CS）； MS 悬浮液的制备是一个多步骤的过程；第一用过量的去离子水稀释MSH2O / TIPT 的摩尔比为 90）然后在 130 高压加热 6 小时；高压产生的二氧化钛粒子在液相中的结晶；然后用一个交换过程从溶胶中去除水和在无水乙醇中形成 CS；在乙醇中 TiO2 最终的摩尔浓度为0.24 ；为了获得更多数据,整个过程已在文献 14 描述；最终的溶胶是由直径约 6 nm 的 TiO2 纳 M颗粒组成；以前的争论工作说明,MS 和 CS 的制备均产生了特别稳固的溶胶凝胶,这说明在 MS 中没有发生凝胶化,而在CS溶胶没有发生显着的结晶

9、集合；因此,这些溶胶被用于TiO2 薄膜沉积或SiO2TiO2 混合溶胶的制备之前可以储存几个星期；通过以不同量的 SiO2溶胶混合 MS 或 CS 溶胶得到最终的溶液；在膜沉积之前将混合溶胶搅拌 30分钟；室温下通过在 100）硅晶片上旋涂 300ll 溶胶, 3000转的旋转速度）使 TiO2 SiO2混合膜沉积；在现有沉积条件下,在基板进行超声为 3 min 的乙醇清洗,然后用蒸馏水冲洗,并用空气喷雾干燥；室温下薄膜沉积过程中,溶剂蒸发和醇盐反应通过闻名的水解/ 缩聚溶胶凝胶路线 得到干凝胶薄膜,例如,一个薄膜构成的金属 氧 金属高分子链链末端烷氧基和羟基的反应；沉积的混合薄膜,随后对M

10、S 膜在 500和 CS 膜在 110或500热处理2小时,热处理在空气进行和样品直接引入在预热的烤箱；热处理后,薄膜冷却至室温,在室温下；椭偏测量结果说明,薄膜的厚度由40 nm 增加到 200 nm , SiO2摩尔分数从 0%变化到 100%,这与 SiO2溶胶 1.5%）和 TiO2溶胶 MS和 CS 溶胶的摩尔分数分别为 0.4%和0.24%）的相对浓度有关；1.2 表征使用辨论率 4cm-1Bio-Rad fts-165 光谱仪通过傅立叶变换红外 FTIR）测得薄膜表面特点的透射光谱的范畴在 4000 250cm-1；在常态下记录没有任何一种采集300 次扫描净化的光谱；对相减后赤

11、裸的基板进行光谱分析；使用西门子 D-5000 衍射仪争论了 TiO2 薄膜通过相伴 CuKa 辐射的 X-射线衍射 XRD）；为了更精确地争论 101）反射的锐钛矿型,进行一步 0.02 o和积分时间为 22 秒的18 21 2- 范畴扫描；使用镁 kasource一 xr3e21253.6 eV ）真空发生器对表面进行 X-射线光电子能谱 XPS）分析； X 射线源在 15 伏 20 毫安的电流下操作；在收集数据之前,样本在在超高真空室平稳24 小时10 10mbar）；光电子由半球形分析仪在 30 o起飞角度进行收集；光谱试验结果说明,C1s 峰发生在 284.7 eV ；全部这些争论都

12、是在新奇沉积的薄膜系统的进行；XPS 争论也2 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在膜形成 6 周时进行；进行定量的水的接触角的测量薄膜的表面的亲水性；试验是在20 使用连接一个摄像机的克吕斯G 10 测角仪在环境室中进行；体积为0.5 l 的几个水滴分散在样品和水中用于统计的薄膜表面不同点接触角；使用相同的统计方法分析了薄膜老化对亲水性能的影响；在衰老过程中,薄膜被储备在被 UV辐射不透明的塑料盒中,通过这种方式,老化的影响只会有损薄膜的自然的亲水性能,不会对光诱导效应有任何影响；光诱导超亲水性能的膜的

13、水的接触角随 UV 光照耀时间的变化由一个 100 瓦的灯泡与黑色的光强度的 21 mW/cm2 下供应评估b-100ap,紫外线制品有限公司）；应用 距离固定在 5 厘 M；1.3 试验结果及争论 复合薄膜的化学结构组成365 nm 的滤波器使灯和样品之间的图 1 显示了纯 MS和 CS TiO2 薄膜的红外光谱；在 500 热处理的 MS 的 TiO2薄膜表现出两种辨论带在 430 和 260cm-1,对应的横向光学 TO）的锐钛矿型振动模式 图 1A） 22 ；110下热处理的 CS 膜在位于 430 和 300cm-1具有两个较弱的且更广泛的辨论带,在 430cm-1 波段的高波数一侧

14、有大的肩膀 如图1）； 430cm-1 波段对应的模式是锐钛矿型的,而且在波谷和 300cm-1其次频带对应的纵光学 LO）和组合的模式是锐钛矿型 14 ；以前的透射电子显微镜和XRD争论说明, 110热处理 CS 膜是由已经存在于前驱体CS溶胶中直径约 6 纳M纳 M晶体构成的,在500 热处理 MS 薄膜由热生长直径约为35 nm 的纳 M晶体构成；尺寸效应说明白IR 特点差异如图 a 和 C14,15 ；由 500热处理CS 膜 图 1b）知,高波数宽敞的波峰消逝,锐钛矿型带明显锐化和相比在 110热处理的薄膜增加了强度；这些特点说明一个结构有序和微晶尺寸的增加 14 ,15 , 因此,

15、我们在过去的争论中,在高温热处理的 CS 溶胶的 TiO2 薄 膜经受了一个热激活的晶体生长,原子在晶界处发生了扩散,而在 500热处 理产生的晶粒的直径约 15 nm 15 ；3 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 1 红外光谱 一） 500在热处理纯 110热处理纯 CS TiO2 薄膜MS 的 TiO2 薄膜,和 一）500和 C）一个经 500热处理的纯SiO2 薄膜的红外光谱具有典型的LO 和 TO 二氧化硅的振动模式 如图 2a）；位于 460,815 和 1080cm1和位于 1200cm

16、1波谷左右的四个辨论带分别出现出 振动 TO1 模式,对称伸缩振动 TO2模式和非对称伸缩振动 TO3 模式,并且 SiO2 中 intertetrahedral 氧原子出现 LO3 模式 如图17 ；在 110热处理的 SiO2 膜具有相像的红外光谱特点 如图 2b）；此外,在 LO3 / 3 条辨论带上显现一些较弱的肩峰,同时在 950cm-1 显现一个新的集中带和 TO2 带发生微小的转变；以前的反褶积的争论使我们明白到残留的 SiOR烷氧基和 SiOH 羟基 17 的特点,这说明水解和缩聚反应不全部是在低温热处理的 SiO2 薄膜上进行的；由于在500热处理膜的频谱辨论带和肩峰的特征是

17、观看不到的；可以得出结论,只要温度足够高就促进全热说明放残余的烷氧基和羟基,这与以往的争论 17 结论相同；在 500热处理的 MS 复合膜红外光谱表现出典型的 SiO2 网络波段； 如图3a）；在复合膜中辨论带强度不断削减连续下降的 SiO2 相对量；由于 SiO2 摩尔分数为 20%,所以也可以观看到锐钛矿相带 如图 3b）；然而,相比于纯的TiO2 MS 薄膜的宽度在 500热处理 MS 混合膜显现的锐钛矿条纹很柔弱 图1a）,这说明有较低的结晶度和 / 或较小的二氧化钛晶体 14 的存在；对于一个 SiO2 摩尔分数为 40%或以上的复合膜来说,锐钛矿型带是被位于 500cm-1 和2

18、50cm-1 之间的一个与二氧化硅的 TO1 模式重叠的大单波段替换 图 3b）；这个宽带说明薄膜是由无定形二氧化钛 14,15 构成；降低 TiO2 的含量使宽带强度下降,在 SiO2 摩尔分数为 80%的复合膜上只能观看到二氧化硅的 TO1 模式；因此,红外光谱数据说明,MS 混合薄膜硅组分存在会阻碍结晶的二氧化钛晶 4 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 体的生长；这可能与 SiO2 网络上的稀释作用有关 3 ,10 ；由于钛物种之间 的接触和 TiO2 颗粒晶体生长是受到 SiO2 和有序结构的抑制

19、作用 图 3a 红外光谱说明在 950cm-1 左右有一个辨论带,当减小SiO2 含量其强度减小；然而,500热处理的纯SiO2 薄膜观看不到这个辨论带如图 2a）；因此,它不能作为图 2b 中硅烷氧基和羟基存在的证据；在SiO2TiO2 复合物的光谱中可以经常观看到这样的辨论带；它描述了 SiOTi 键的红外吸取 23 ,24 ；通常情况下,室温下溶胶凝胶法沉积而成的 SiO2TiO2 干凝胶薄膜中会存在 SiOTi聚合物链网络,其中阳离子Si4+和 Ti4+ 不相宜的以分子尺度分布；约在950cm1 网络上的 SiOTi 辨论带会产生红外吸取；经高温处理,通过 SiOTi键的断裂和分别富

20、Si 和 Ti 富集区的形成使 SiO2TiO2 相发生分别； TiOTi 单元构成的富 Ti 区可以反过来促进 TiO2 晶粒的形成和结晶；较高东风热处理温度或增大 Ti 含量25 27 会使相分别和 TiO2 的结晶更简单发生；图 3a 和 b的红外光谱说明, SiO2 的摩尔分数为 40%或更高的 MS 薄膜经 500热处理睬发生部分相分别这与以前的争论结果 25 一样；形成的 Ti O Ti 单元分散在 SiO2 网络中,这些单元会影响随后的 TiO2 晶粒的生长和结晶；因此由 TiOTi 单元构成的SiO2 网络的复合膜是无定形的,其中大量的 Ti4 + 阳离子仍旧集中在其初始 Si

21、OTi 聚合物链结构中；应当指出,相比于纯 SiO2 薄膜的光谱 图 2a）, MS 混合薄膜 TO3 模式的 SiO2 带移向低波数 Fig.3a ）,这可能与 SiOTi 带的一部分重叠有关；图 2a）500和b）110热处理的纯 SiO2 红外光谱图 3 500 热处理不同浓度SiO2 MS 混合膜不同浓度的红外光谱内容： a）高波数范畴, b）低波数范畴 5 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 6 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - -

22、 - - - - - 500热处理 CS 复合膜的红外光谱表现出典型的 SiO2 网络波段 图 4a,底部）；此外,如果复合膜中 TiO2 的浓度足以用于红外灵敏度测试,可以从任意一种 SiO2TiO2 混合组合物中观看到锐钛矿型微晶辨论带,图 4b,底部）；当降低二氧化钛的相对量,锐钛矿相带的强度降低,因此二氧化硅 TO1 振动模式成为主导；从 CS 膜分析我们知道,在任何 TiO2 SiO2 组成 CS 复合膜中的的锐钛矿型微晶的存在不依靠于热活化相分别；它与TiO2 CS 膜的沉积条件有关； 500热处理 CS 复合膜上观看到的锐钛矿型带位置和广度 图 4b,底部）说明,锐钛矿晶粒比在5

23、00热处理的纯 CS 或 MS 的 TiO2 薄膜小得多 图 1a,b）；实际上,经 500热处理 SiO2 的摩尔分数为 20%CS 膜的锐钛矿辨论带与经 110热处理的纯 CS TiO2 薄膜上观看到的由 6 纳 M 的微晶组成锐钛矿辨论带相类似 图 1.c ）；这一观看结果说明,位于 抑制 CS 复合膜上热激活长大的锐钛矿型微晶；SiO2 网络上稀释的 TiO2 晶体会MS 复合膜与之相反,在950cm1 的 SiOTi 辨论带不能存在于 CS 复合膜上,而 TO3 模式的 SiO2 辨论带在增大 TiO2 含量时可能移向低波数 图 4a,底部）；这种转变不行能由 SiOTi 带重叠造成

24、,所以这可能是一个化学改性的二氧化硅网络；而一个经500热处理的纯 CS TiO2 薄膜的频谱表现出更剧烈的锐钛矿频段 图 1b）比110热处理的 CS TiO2 薄膜更剧烈 图 1.c ）,这说明锐钛矿晶粒在 500开头热生长,在 110 和 500热处理的复合 CS 膜的红外光谱比较类似 图 4b,顶部和底部）；这种相像性说明,在复合 CS 膜中的 SiO2 组分的存在会抑制 TiO2晶粒在 500的生长； SiO2 的振动模式, 110热处理的 CS 膜的红外光谱 SiO2 的振动模式, 110热处理的CS 复合膜的红外光谱均表现出在相同温度下受热的纯 SiO2 薄的膜硅烷氧基和羟基特性

25、 图 1b）；特殊是,烷氧基/ 羟基频带在 950cm1 左右的富 SiO2 薄膜可以观看到烷氧基 / 羟基频带；然而,相比于 MS 混合膜的光谱 Fig.3a ）,这个频带很弱；此外,图 .2b 和 4a说明,与在 500热处理观看到的 MS 薄膜相反,这个频带没有明显随 TiO2 的摩尔分数含量从 0%至 20%增加而增大强度；因此,可以推断这个频带不能证明的 SiOTi 聚合物键的不存在,相反可以证明这种频带不存在于 CS 混合膜中；图 4a上）也说明,与在 500热处理的 MS 和 CS混合膜相反,当增加 TiO2 用量时经 110热处理的 CS 膜并没有显示任何向 TO3 SiO2

26、带转变的明显标志；对在 500 热处理的薄膜进行了 X 射线衍射测试；锐钛矿的 101）反射清晰地证明, MS 和 CS 膜的范畴内的 SiO2 摩尔分数分别为 0 20%）和 0 40%）如图5）；随着 SiO2 含量的增加反射强度降低；这一下降第一导致在 TiO2 含量的相应削减；对 MS混合膜来说,这种削减也证明白 FTIR 数据,说明 SiO2 含量的增加会阻碍的 SiO2TiO2 相分别和 TiO2 的结晶；因此,在 SiO2 的摩尔分数为40%或更高的 MS 薄膜上观看不到锐钛矿反射；对CS 混合膜来说,当 SiO2 的摩尔分数为 60%或更高时锐钛矿型反射均低于 XRD 灵敏度；

27、然而,由于 CS 膜是由 TiO2 CS 沉积而成,所以可以推断晶粒中存在高含量的 SiO2；插图 5 仍表明,强度下降的 101）锐钛矿型反射相伴着一个明显的峰值增大,它描画了SiO2 含量增大时一个晶粒尺寸的削减；依据Scherrer公式可知, TiO2 晶粒尺寸是由 101）锐钛矿反射全宽最大值的一半 FWHM ）打算的 图 5）；当 SiO2 的摩尔分数由 0%增加到 20%时, MS 薄膜上的晶粒尺寸由 35nm 下降到 8nm,SiO2 含量更大时可以进行无尺寸测量；对经 500热处理的 CS 膜来说,当SiO2 得摩尔分数增大到 10%时晶粒尺寸由 15nm 降到 6nm；SiO

28、2 含量更大时晶粒尺寸没有明显的变化；让我们回想一下,110热处理的纯 TiO2 CS 薄膜上的7 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 晶粒尺寸与 6 nm 相当；这一观看结果证明白 CS 混合膜上的红外光谱的数据,含量特别小的 SiO2 就足够抑制 TiO2 晶粒的热诱导的生长,其大小照旧与煅烧前相同；总体来说,FTIR 和 XRD 数据说明,当 SiO2 浓度增大时会使500热处理 MS 混合膜的结晶度降低；当 SiO2 得摩尔分数为 40%或更高时可以获得非晶薄膜；这些非晶薄膜是由Si 和 Ti 丰富

29、地区 SiOTi 聚合物链相互连接；相比之下,虽然TiO2 晶粒会随SiO2 的摩尔分数达到10%而减小但只要TiO2 含量足够用于 FTIR 和 XRD 检测并且没有膜的结晶照旧是良好的；1.4 分析 MS 和 CS 混合膜的 SiOTi 环境SiOTi 聚合物链, CS 混合薄为更好的争论 TiO2 SiO2 混合薄膜的表面化学状态使用 X-射线光电子进行能谱分析； Ti2p 反褶积的光谱说明,纯 TiO2 薄膜以及混合 TiO2SiO2 薄膜, OH, 和 CO 构件的相对奉献度使 如图 6）纯洁复合膜的O1s 光谱被 反褶积 ；对每个组分修正后的FWHM 常数 1.5 + / 0.1

30、eV 进行反褶积；由于 TiO2 和 SiO2 薄膜上 CO 组分的相对强度是特别弱的 小于 2%）,它没有在图 6 显示出；这个数字说明,纯TiO2 和 SiO2 薄膜的 O1s 的光谱必需由位于 529.9的主要组分构成,这可能分别由 TiO 和 SiO 的结合能打算的 18 ,20 ；位于更高的能带上的次要组分可以用光普表示出,这可能是由于 Si 和 Ti离子与以 OH 集团的联系有关； SiO2 膜32%）上的 OH 组分的相对强度比二氧化钛薄膜 12%）更大；红外光谱证明膜的大部分区域没有羟基,可以得出XPS 数据只中伤存在于表面的 OH 基团； SiO2 膜上大量的表面 OH 基团

31、说明二氧化硅表面比二氧化钛更具亲水性；图 7 是 500热处理 SiO2 摩尔分数为40%MS 和 CS 混合膜的 O1s 光谱；图 6 中相比于 O1s 峰的光谱反褶积；由于多峰反褶积是估量出来的,所以图6 中的 OH 组分没有考虑；图7 中反褶积光谱仅依靠图 6 中无反褶积峰,例如,分别对1.5 0.1 和 1.9 0.1 eV 固定不变的 FWHM 的 TiO 和 SiO 组分进行反褶积；图 7 显示,对于 MS 和 CS 混合膜,反褶积光谱分别是由位于 530.5 + / 0.1 eV 和 532.3 + / 0.1 eV 的 TiO 和 SiO 的两个主要峰组成；特殊需要留意的是当复

32、合膜沉积 2 周后 没有列出）,类似的分解谱会显现老化,这可能验证分解过程的牢靠性；8 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 6 500 热处理 a）纯 SiO2 薄膜及 b）纯 TiO2 薄膜的 O1s XPS谱图 7 500 热处理 SiO2 摩尔分数为40 % a）MS 混合膜和 主体上用电负性较小 大）和极性较大 代替 SiTi）原子；此外,对于MS 的混合薄膜来说,O1s 谱反褶积的优化需要考虑位于在 SiO 和 TiO 峰之间 如图 .7a ）531.7 eV处的三分之一组分； CS 谱反褶积

33、的第三个组分不是必要的 如图.7b ）；其他文献中提到的 SiO2TiO2 双星系统中存在的中介 O1s 峰是由于混合 SiOTi 19 ,23 环境存在氧的结合能的缘故；由MSCS）混合膜 FTIR 图可知有 无）这一中介峰明显与 SiOTi 聚合物链存在 缺席）有关；一方面, XPS 数据证明白 FTIR 数据说明的 MS 混合膜部分是由 SiOTi 聚合物链构成,这些链不存在于 CS 混合薄膜中；另一方面,由 XPS 证明的这种变化说明,在 500热 处 理 得 到 的 复 合 膜 中 一 定 量 的Si4+Ti4 + ） 阳 离 子 可 能 被 纳 入 一 个TiO2SiO2）环境；这

34、些看法争论如下：前面已经提到的 MS 混合薄膜最初由SiOTi 聚合物链构成,热处理后,部分相分别产生的富硅 SiO2 网络）和富钛TiOTi 单位）地区,而 SiOTi 残余链仍能保持； 950cm1 处的红外波段和531.7 eV 的 XPS 峰给 SiO2 摩尔分数为 40 %经 500热处理的 MS 薄膜的 SiOTi 剩余链供应了证据；此外,由于不完全相分别,一些 Si4+Ti4 +）间的阳离子可在局部保持形成富 TiSi）区,这就说明白图 7a XPS 显现的转变；据报道,位于 SiOTi 上的 Si4 +和 Ti4 +的阳离子是原先的 TiO2SiO2）区的 Si4 +Ti4 +

35、）阳离子基本上为原先的 28 ；在 CS 混合系统的情形中,复合膜是由锐钛矿型4 倍,残留在局部的富 4 倍 18 ,24,27,TiO2 晶粒预沉积形成的；因此,所沉积的薄膜是由无SiOTi 聚合物链很好分别的SiO2 和 TiO2 区域组成；在足够高的温度热处理期间,Ti4 +Si4 +）阳离子可能通过固相界面扩散过程进入二氧化硅 二氧化钛）；这一过程将产生富 Ti4 +Si4 +）离子SiO2TiO2）网络的界面区域,这就可以说明图 7b 中的的 O1s 峰的变化；在SiO2TiO2 界面复合系统的情形下,Tanabeet al.提出了一种模型 29 再近来9 / 16 名师归纳总结 -

36、 - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 发表的文章中常常被引用 6 ,7,12 ,假定 Si4+离子进入 TiO2 主机 SiO2 为原先的 4 倍产生间隙 SiO4 单元,而 Ti4+阳离子进入 SiO2 主机 TiO2 为原先的6 倍产生间隙 TiO6 单元；应当指出,与 XPS 谱相反, FTIR 光谱好像对SiO2TiO2）主机上替代的 Ti4 +Si4+）阳离子有柔弱的敏锐性；然而,需要强调两个特点；一方面,由于在 500热处理的 CS 复合膜中 SiO2 TO3 振动模式的转变与的 SiOTi 红外波段的重叠无关,它可能描述

37、的为 SiO2 网络内插入的TiO2；由于 110热处理的 CS 混合膜没有观看到这样的变化所以估量可能是由于温度不够高促进了扩散；另一方面,降低结晶度和 / 或 TiO2 晶粒尺寸的混合MS 和 CS 薄膜不仅可能使 SiO2 基质稀释,也可能抑制在 TiO2 颗粒内插入的SiO2 结晶；因此,犹如从前争论说明玻璃状二氧化硅和结晶状二氧化钛复合膜之间的互扩散机制可促进非晶 SiO2TiO2 接口 21 的形成；总之, FTIR,XRD ,XPS 数据描述和明显不同的机制,具体取决于从MS 和 CS 溶胶沉积形成的混合薄膜； 500热处理 MS 混合膜的化学和结构特性依靠于一个热程度引导相分别

38、机制；当 SiO2 含量高于肯定程度时,不完全相分别产生的无定形的MS 薄膜,其中部分是由 Ti4 + 和 Si4 + 离子高于原先的 4 倍 SiOTi 体系构成； 500热处理 CS 混合膜的化学和结构特性依靠于热互扩散过程；这个过程会产生由 Si4 +的阳离子为原先的 4 倍的 TiO2 主体系和 Ti4 +的阳离子为原先的6 倍的 SiO2 主体系构成的 TiO2 SiO2 界面；这一结论的影响将在最终一节中具体争论；1.5 SiO2TiO2 MS 和 CS复合膜的亲水性图 8 描画了在 110 和 500新奇制备的 SiO2TiO2 MS 和 CS 薄膜上测量的自然水的接触角；需要留

39、意的是,相比于 500热处理的纯 SiO2 薄膜新奇制备的TiO2 薄膜的更具亲水性能；这些薄膜表现出自然的接触角在 15 20 之间；在500 热 处 理 所 有 的 混 合 MS 薄 膜 自 然 水 的 接 触 角 在 20 30 之 间 如图 .8a ）；观看不同的膜组合物微小接触角的变化是本文争论的主要内容；110热处理 SiO2 摩尔分数从 0%增加至 20%CS膜的水的接触角大约在 15 如图 8b）；当 SiO2 摩尔分数超过 20%时接触角大幅增加至 70 ；这样的变化可能与复合膜中 SiO2 的不完全氧化有关,例如,低温热处理下残余硅烷氧基的红外数据 如图 .2b 和 4a

40、对膜的亲水性有不利影响；相反,在 500热处理的任何TiO2 SiO2 组成混合 CS 膜水接触角为 0 ,这说明白 自然亲水性 如图.8c ）；我们争论了分别在 500 和 110热处理混合 MS 和 CS 膜的光诱导亲水性,例如,复合膜没有表现出超亲水性；结果说明,当SiO2 摩尔分数在 020%混合 MS 和 CS 膜表现出光诱导亲水性；对这些复合膜来说,当这些复合膜在紫外光下曝光大约30 分钟时 , 水的接触角可以为0 如图 9）；当 SiO2 的摩尔分数超过 20%时, MS和 CS混合膜失去光诱导亲水性,例如,当复合膜在紫外光下曝光 2 个小时后观看不到明显的接触角削减这里不在说明

41、）；一方面,在500热处理富 SiO2 MS 薄膜缺乏光诱导亲水性可能与 FTIR 和 XRD 数据所示的 TiO2 晶体有关；因此,光诱导超亲水性需要 TiO2 形成良好的晶体 锐钛矿型） 16 ；另一方面,虽然 110热处理 CS 混合膜是由结晶二氧化钛粒子组成,光诱导亲水性的缺乏可能与随着SiO2 的含量增大的残余硅烷氧基基团的存在有关；当复合膜被紫外线曝光后,500热处理 MS 薄膜和 110热处理 CS膜在一个黑暗的地方储存 8 周,然后在老化时测定其接触角 图 10 和 11）；10 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 8 当 SiO2 含量时 500热处理 MS 混合膜 a）、 110和 500热处理 CS混 合膜 b）和 c）自然水的接触角图 9a）500热处理 MS 混合膜和 b）110热处理 CS 混合膜的不同 SiO2 摩尔分数引起不同的光诱导亲水性时间例如,接触角为 0 时的紫外曝光时间）11 / 16 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 10a）没有老化,在空气中老化老化的空气 b）1 周和C）8 周经 500热处