Powłoki o właściwościach fotokatalitycznych otrzymywane metodą zol-żel Spis treści Strona 4 Spis treści I. Wstęp ... 8 Część teoretyczna ... 11
II. Ditlenek tytanu - odmiany, budowa, otrzymywanie i właściwości ... 12
1. Otrzymywanie ditlenku tytanu ... 15
a) Metoda siarczanowa ... 15
b) Metoda chlorkowa ... 16
c) Piroliza ogniowa ... 17
2. Struktura defektów w ditlenku tytanu ... 18
3. Zastosowanie ditlenku tytanu ... 21
III. Efekt fotokatalityczny i superhydrofilowy ... 23
IV. Otrzymywanie materiałów na bazie dwutlenku tytanu metodą zol-żel ... 32
1. Wstęp ... 32
2. Metoda zol-żel ... 32
a. Otrzymywanie cienkich powłok metodą zol-żel ... 36
3. Otrzymywanie fotokatalizatorów na bazie TiO2 metodą zol-żel ... 39
4. Modyfikacja nanomateriałów TiO2 ... 42
a) Nanomateriały TiO2 domieszkowane metalami ... 43
b) Nanomateriały TiO2 domieszkowane niemetalami ... 50
Część badawcza ... 52
V. Cel pracy i zakres badań. ... 53
VI. Aparatura i metodyka stosowane w pracy badawczej ... 54
1. Aparatura pomiarowa ... 54
a. Dyfrakcja promieniowania rentgenowskiego (XRD) ... 54
b. Spektroskopia fotoelektronów (XPS) ... 55
c. Elipsometria ... 55
d. Spektrofotometria UV-VIS ... 59
e. Wyznaczanie przerwy energetycznej z pomiarów UV-VIS ... 59
f. Termiczna analiza różnicowa (DTA) ... 60
g. Spektroskopia w podczerwieni (IR) ... 60
h. Spektroskopia Ramana ... 61
i. Pomiar kąta zwilżania przy użyciu mikroskopii optycznej ... 61
2. Aparatura eksperymentalna ... 62
Powłoki o właściwościach fotokatalitycznych otrzymywane metodą zol-żel Spis treści
Strona 5
b. Urządzenie do nakładania warstw z otrzymywanych zoli ... 63
3. Pomiar efektu fotokatalitycznego ... 64
VII. Otrzymywanie cienkich filmów o właściwościach fotokatalitycznych na szkle metodą zol-żel. ... 66
1. Wstęp ... 66
2. Odczynniki chemiczne użyte w pracy ... 67
3. Wybór podłoża oraz jego przygotowanie ... 68
a. Skład warstw barierowych ... 69
VIII. Zole i cienkie warstwy TiO2 ... 71
1. Skład i preparatyka zolu TiO2 ... 71
2. Badania termiczne zolu TiO2 ... 72
3. Badania struktury zoli ... 73
a. Spektroskopia w podczerwieni ... 73
b. Badania rentgenograficzne XRD ... 74
4. Preparatyka cienkich warstw z zolu TiO2 ... 75
5. Pomiary grubości warstw metodą elipsometrii ... 75
6. Badania strukturalne warstw z ditlenku tytanu ... 77
a. Badania rentgenograficzne GID otrzymanych warstw ... 77
b. Spektroskopia fotoelektronów XPS ... 79
c. Spektroskopia Ramana ... 80
7. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 81
a. Transmitancja próbek z różną ilością warstw TiO2 ... 81
b. Wyznaczenie przerwy energetycznej z pomiarów UV-VIS ... 82
c. Aktywność fotokatalityczna w zależności od ilości warstw fotokatalizatora ... 83
8. Pomiar kąta zwilżania dla warstw tytanowych ... 86
IX. Zole i cienkie warstwy TiO2 modyfikowane SiO2 ... 87
1. Skład zoli i preparatyka ... 87
2. Badania struktury zolu ... 90
a. Spektroskopia w podczerwieni ... 90
b. Badania rentgenograficzne XRD ... 91
3. Preparatyka cienkich warstw ... 91
4. Struktura cienkich warstw ... 92
a. Badania rentgenograficzne niskokątowe GID ... 92
Powłoki o właściwościach fotokatalitycznych otrzymywane metodą zol-żel Spis treści
Strona 6
c. Spektroskopia Ramana ... 94
5. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 95
a. Transmitancja ... 95
b. Wyznaczenie przerwy energetycznej ... 96
c. Pomiar efektu fotokatalitycznego ... 97
X. Modyfikacja zolu TiO2 wanadem, oraz wanadem i srebrem ... 98
1. Skład zoli i preparatyka ... 98
2. Badania struktury zolu ... 100
a. Spektroskopia w podczerwieni ... 100
b. Dyfrakcja rentgenowska XRD. ... 102
3. Preparatyka cienkich warstw ... 102
4. Struktura cienkich warstw ... 103
a. Badania rentgenograficzne niskokątowe GID ... 103
b. Spektroskopia fotoelektronów XPS ... 104
c. Spektroskopia Ramana ... 107
5. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 108
a. Transmitancja ... 108
b. Wyznaczenie przerwy energetycznej ... 109
c. Właściwości fotokatalityczne i kąt zwilżania ... 110
XI. Otrzymywanie zoli TiO2 domieszkowanych nanorurkami tytanowymi ... 112
1. Otrzymywanie nanorurek tytanowych ... 112
2. Morfologia włókien – TEM i SEM ... 114
3. Badania IR ... 115
4. Spektroskopia Ramana ... 116
5. Badania rentgenograficzne nanorurek tytanowych ... 117
6. Preparatyka zolu TiO2 domieszkowanego nanorurkami tytanowymi. ... 118
7. Warunki nakładania warstw z zolu TiO2 z dodatkiem nanorurek tytanowych oraz ich obróbki termicznej ... 119
8. Struktura cienkich warstw ... 119
a. Badania rentgenograficzne GID powłok otrzymanych z zolu z dodatkiem nanorurek tytanowych ... 119
b. Spektroskopia Ramana ... 120
9. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 121
Powłoki o właściwościach fotokatalitycznych otrzymywane metodą zol-żel Spis treści
Strona 7
b. Wyznaczenie przerwy energetycznej próbek domieszkowanych nanorurkami
tytanowymi otrzymanymi z proszków: anatazu oraz otrzymanego metodą zol-żel ... 122
c. Wyniki pomiarów aktywności fotokatalitycznej ... 123
XII. Otrzymywanie zoli TiO2 domieszkowanych nanorurkami węglowymi (CNT) ... 125
1. Nanorurki węglowe – charakterystyka ... 125
2. Skład zoli i preparatyka ... 127
3. Struktura cienkich warstw ... 129
a. Badania rentgenograficzne niskokątowe GID ... 129
b. Spektroskopia Ramana ... 130
4. Obserwacja SEM ... 131
5. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 132
a. Transmitancja ... 132
b. Przerwa energetyczna ... 133
c. Wyniki aktywności fotokatalitycznej ... 134
XIII. Modyfikacja zolu TiO2 jonami złota i srebra ... 135
1. Skład zoli i preparatyka ... 135
2. Badania struktury zolu ... 139
a. Badania rentgenograficzne XRD ... 139
3. Struktura cienkich warstw ... 140
a. Badania rentgenograficzne niskokątowe GID ... 140
b. Spektroskopia fotoelektronów XPS ... 141
c. Spektroskopia Ramana ... 143
4. Właściwości optyczne otrzymanych powłok ... 144
a. Transmitancja ... 144
b. Wyznaczenie przerwy energetycznej z pomiarów UV-VIS ... 145
c. Właściwości fotokatalityczne oraz pomiar kąta zwilżania ... 146
XIV. Podsumowanie i dyskusja wyników ... 148
XV. Wnioski ... 155
Literatura ... 158
Spis rysunków ... 175
