多级结构TiO2基复合功能材料的原子层沉积构筑及应用研究

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与传统的薄膜制备工艺相比,原子层沉积(ALD)是以单原子膜形式逐层生长,可在较低的沉积温度下实现薄膜的高度均匀,且厚度精确可控的高级薄膜制备技术。二氧化钛(TiO2)作为一种半导体材料,除了因为其亮度、高折射率和耐变色性等特征而当作染料使用外,很少单独使用。而基于TiO2改性的诸多材料在能源和环境领域有广泛的应用,如光电子、光伏、电池、微波吸收材料、催化、传感器和生物医疗设备,这些用途很大程度上依赖于材料的结构形貌、电子特性、尺寸、光学性质以及界面性质等。本论文采用ALD技术设计制备了纳米TiO2基复合功能材料,并研究它们在吸波、可见光降解有机物和过氧化物模拟酶方面的应用。主要内容如下:1.TiO2纳米线/镍/碳纤维(TiO2/Ni-CF)多级结构的制备及其吸波性能的研究在研究ZnO@Ni吸波性能的基础上,利用ALD技术在TiO2纳米线上沉积不同循环数的NiO,然后原位生长碳纤维(CF),获得多级结构的TiO2/Ni-CF功能材料。通过对其形貌和吸波性能的研究,发现随着ALD沉积NiO循环数的不同,材料表面生长的碳纤维含量、微观形貌和吸波性能均有差异。在将TiO2/Ni-CF复合材料与石蜡进行混合(质量比15 : 85)测试吸波性能的实验中,沉积200循环NiO的样品获得了最优异的吸波性能,在涂层厚度为1.8 mm时其反射损耗值低于-10分贝(dB)的频带宽度可达5.44 GHz,在涂层厚度为1.6 mm时其最好的反射损耗值能达到-32.26 dB。2. Au@TiO2核壳结构的制备及其作为光催化剂和过氧化物模拟酶的应用研究利用ALD技术结合离子溅射方法构筑了新型核壳结构的Au@TiO2纳米材料,通过改变离子溅射时间,在一定范围内调控Au纳米粒子的粒径和分布,对Au@TiO2光催化性能和过氧化物模拟酶性能进行了研究。在光降解实验中发现该复合材料能够在可见光下降解亚甲基蓝(MB),且Au粒子溅射时长为80 s的Au@TiO2展示出最佳的可见光催化能力。在过氧化物模拟酶性能的研究中,Au粒子溅射时间为50s的Au@TiO2显示出最高的活性;基于此,我们还建立了过氧化氢和葡萄糖的比色传感检测,结果表明,其对双氧水的检测限达到了 4 × 10-6M,对葡萄糖的检测限达到了3.5 × 10-6M。
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