锐钛矿相TiO<,2>是一种用途广泛的材料，如在半导体光催化、染料敏化的太阳能电池、自清洁等方面具有重要应用。在这些实际应用中，需使用TiO<,2>薄膜而非其粉体。若在热敏或不耐热的基底材料(如有机聚合物、织物等)上制备TiO<,2>薄膜，则必需低温制备方法。冷等离子体化学气相沉积是一种非常合适的低温型制备方法，但大多需要复杂的放电装置和真空系统。介质阻挡放电是一种装置简单、能耗低，并可在大气压下产生冷等离子体的放电方式，本文开展了将其应用于合成锐钛矿相纳米晶TiO<,2>的研究，取得了如下结果： 1．采用体相介质阻挡放电，在大气压和低温下，以TICl<,4>和O<,2>为钛源和氧源，首次一步合成出锐钛矿相纳米晶TiO<,2>，并考察了供氧方式、TiCl<,4>与O<,2>摩尔比(R<,TiCl4/O2>)及放电功率对合成纳米晶TiO<,2>的影响。 相同条件下，采用分流供氧方式可获得高结晶度的纳米锐钛矿相TiO<,2>，而采用混合供氧方式获得的主要是无定型 TiO<,2>。分流供氧方式的发射光谱中，可观测到非常强的Ar 原子(4p→4s电子跃迁)、Ti原子谱线；而混合供氧方式的发射光谱中，只观测到比较弱的Ar原子(4p→4s电子跃迁)谱线。 纳米晶 TiO<,2>的锐钛矿相特征峰A(101)强度随R<,TiCl4/O2>值呈峰形变化，该结果与发射光谱测得的Ar、Ti原子谱线强度随R<,TiCl4/O2>值的变化规律是完全一致的。 XRD、SAED、TEM 表征结果表明，随着放电功率的提高，TiO<,2>的结晶度逐渐提高，纳米粒子的粒径逐渐减小。另外，EDX的结果表明，结晶度高的样品中残留Cl较少。 质谱在线检测表明，合成纳米晶TiO<,2>的等离子体反应稳定进行，前驱体 TiCl<,4>可被完全转化，气相主要产物是氯气。 2．发展出一种适应于制备多孔载体负载的纳米晶 TiO<,2>光催化剂的“吸附-放电”方法，即在载体填充的介质阻挡放电反应器中，先使TiCl<,4>吸附在载体上，然后吸附态TiCl<,4>被等离子体氧化。如此“吸附-放电”循环。 采用“吸附-放电”方法，成功地制备出具有高的光催化活性和性能稳定的负载型纳米晶 TiO<,2>/γ-Al<,2>O<,3>光催化剂。本实验条件下，采用 6 次“吸附-放电”循环时，所制备的光催化剂活性最高。 质谱对等离子体氧化吸附态 TiCl<,4>气相产物的在线检测表明，整个放电阶段未检测到有关TiCl<,4>的质谱信号，气相氧化产物Cl<,2>的质谱信号随放电时间呈峰形变化，放电阶段结束时吸附态 TiCl<,4>基本上全部被氧化。发射光谱研究表明，等离子体氧化吸附态TiCl<,4>过程中，O 原子的谱峰(777.0 nm，3<5>p→3<5>S)基本消失，Ar原子的谱峰(772.4 nm，4<2>P<,1/2>→4<2>S<,1/2>；794.8 nm，4<2>p<,3/2>→4<2>S<,3/2>)显著减弱；当吸附态TiCl<,4>完全消耗后，O和Ar原子的这些谱峰又恢复到原有强度。 3.采用共面式介质阻挡放电，探索了一种大气压冷等离子体化学气相沉积制备纳米晶TiO<,2>薄膜的新方法。本方法适应于各种材质的基体，尤其适应于不耐热的基体材料。 采用本方法，在常温常压下首次成功地制备出纳米晶 TiO<,2>薄膜。SEM和AFM对TiO<,2>薄膜形貌的观测结果表明，薄膜由尺度均一(20～25 nm)的纳米球状粒子组成，薄膜表面平整光滑，表面粗糙度的RMS值为0.42 nm。另外，断面SEM图片显示TiO<,2>薄膜与基底紧密结合，二者之间没有明显的界面。划痕试验的进一步测试表明，TiO<,2>薄膜与基底结合牢固，临界载荷约为 27 N。UV-Vis 吸收光谱研究表明，TiO<,2>薄膜对可见光具有高透过性，70 nm 厚的膜约能透过92％的可见光；但对紫外光具有很强的吸收性，薄膜中TiO<,2>的带隙能量约为3.3 eV。HRTEM 给出的清晰可辨的晶格衍射条纹及SAED显示的明亮的衍射斑点，证实了本方法在常温常压下制备的TiO<,2>薄膜主体结构是锐钛矿相，并混有少量金红石相。 纳米晶 TiO<,2>薄膜对光催化降解硬脂酸反应较好地符合一级反应动力学。