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摘 要

本实验以TiO₂为中心核，正硅酸四乙酯和硅烷偶联剂AC-FAS为前驱体溶于乙醇中，氨水为催化剂，使正硅酸四乙酯水解出SiO₂，然后使被氟包裹的SiO₂包裹TiO₂，制备氟—SiO₂/TiO₂复合纳米材料，将样品涂于干净的玻璃表面，待其晾干，对玻璃表面涂层进行疏水性能测试；用甲醛溶液浸泡玻璃表面涂层，测甲醛的吸光度对其进行光催化性能评价；采用扫描电镜和透射电镜对样品进行表面形貌和粒子形态进行表征。实验结果表明：所制样品的疏水性都很好，接触角都接近150°甚至大于150°；但是氟—SiO₂对TiO₂的包裹，降低了氟—SiO₂/TiO₂复合纳米材料的光催化效果。

关键词：光催化；超疏水；二氧化钛；二氧化硅

Formaldehyde super hydrophobic coating preparation and photocatalytic performance study

Abstract

This experiment for the center with TiO₂ nuclear, ethyl orthosilicate four and silane coupling agent AC - FAS as precursor dissolved in ethanol, ammonia as catalyst, the ethyl orthosilicate four hydrolysis of SiO₂, then cause the fluorine parcel is Ti0₂ of SiO₂, the preparation of fluorine - SiO₂ / TiO₂ composite nano materials, the sample apply clean glass surface, stay dry, hydrophobic performance test for glass surface coating;; The photocatalytic performance evaluation of the absorbance of formaldehyde is evaluated by the coating of glass surface in formaldehyde solution. The surface morphology and particle morphology of the samples were characterized by scanning electron microscopy and transmission electron microscope. The experimental results show that the system of the hydrophobicity of the sample are good, contact Angle is close to 150 °even greater than150 °; But the fluorine - SiO₂ of TiO₂ package, reduces the photocatalytic effect of fluorine - SiO₂ / TiO₂composite nanomaterials.

Key words：Photocatalysis；Superhydrophobicity；Titanium dioxide ；Silica

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1超疏水表面 1

1.1.1 超疏水自清洁原理 1

1.1.2疏水表面的应用 1

1.2氟—SiO₂／TiO₂纳米复合材料 2

1.2.1纳米SiO₂ 2

1.2.2纳米TiO₂ 2

1.2.4氟—SiO₂／TiO₂纳米复合材料的应用 2

1.3该论文选题的目的、意义及研究内容 3

1.3.1该论文选题的目的和意义 3

1.3.2该论文的研究内容 3

第二章 实验原料、仪器及方法 4

2.1实验原料 4

2.2实验仪器 4

2.3实验部分 5

2.3.1甲醛标准使用液的配制 5

2.3.2甲醛标准曲线的绘制 6

2.3.3样品的制备 7

2.3.4光催化性能检测 8

2.3.5疏水性能检测 8

2.3.6 TEM分析 8

2.3.7 SEM分析 8

2.4实验结果与讨论 8

2.4.1AC-FAS含氟物质对光催化性能及疏水性的研究 8

2.4.2正硅酸四乙酯对光催化性能及疏水性的研究 12

2.4.3对SiO₂／TiO₂纳米复合材料的SEM、TEM分析讨论 17

2.5本章小结 17

第三章结论 18

致谢 19

参考文献 20

引言

1.1超疏水表面

1.1.1 超疏水自清洁原理

最开始人类从自然界发现创造，并将其利用改造，超疏水自清洁原理便是人类观察荷叶上水珠会自然滚落而得到的。20世纪90年代，德国植物学家波恩大学 Barthlott等^[1，2]发现了荷叶表面的结构，通过对荷叶表面的认真观察和研究，发现荷叶表面具有许多微米级的乳突，乳突上还有类似蜡状物来增加其表面粗糙度。其后 Feng^[3]等人对莲叶外观微型纳米构造进行进一步分析观察，发现莲叶表层的乳突上，还具有纳米结构，且这种微米结构与纳米结构相结合的阶层分形结构，是引起表面超疏水的基本原由。这种微纳米复合的粗糙结构，可以增大水滴的接触角，导致水滴很轻松地就可以从表面滚落下来。水滴在表面滚落时会一起带走表面的污染物或灰尘，从而达到自清洁的目的^[4]。

表面的动态润湿行为往往被用来解释超疏水自清洁原理。水珠和超疏水固体表面的接触属于复合接触，固体表面和气体组成了接触面，水珠有很小一部分与固体表面接触，因而水珠在固体表面滚动时的受到的摩擦阻力会很小。另一方面，水珠对污渍和灰尘颗粒的粘附力远大于超疏水化表面对污渍的粘附力，于是水珠可以在滚动的同时快速带走污渍，从而达到自清洁的目的^[5]。接触角越大，固体表层的液体就很容易形成圆球状，也就越容易滚然后动，水珠滚动时就会带走固体表层的杂物，因此接触角越大，自清洁能力就越好。

1.1.2疏水表面的应用

（1）自清洁

类似于羽毛，超疏水材料赋予自身很强的清洁能力，水滴在表面上形成圆球状滚动，水滴滚动时，就会带走固体表面的杂物和灰尘。 Zheng等^[6]对以聚偏氟乙稀膜（ PVDF）为基底材料的表面硅烷化处理后，得到具有很好自清洁效果的超疏水表面。Nun等^[7]制将超疏水表面应用于日常生活用品表面，使其具有良好的抗菌自清洁效应。

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