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本文作者：王黎明1，2沈勇1張惠芳1蔡再生2葉風英1作者單位：1上海工程技術大學服裝學院2東華大學化學化工與生物工程學院

納米TiO2溶膠對紫外-可見光吸收效果的影響

1未改性納米TiO2溶膠

按照1．2節納米TiO2溶膠制備方法，改變加入的水量，得到各含水量的TiO2溶膠，測定其對紫外-可見光的吸收效果，結果見圖1。由圖1可以看出，所制得的納米TiO2溶膠在200～325nm均有較強的吸收，而在325～800nm范圍內基本上無吸收。這是因為納米TiO2是化合物半導體，在適當波長的光激發下，能產生光生電子和光生空穴，被激發的電子向導帶運輸，而光生空穴則限制在價帶中，這種光激發過程需要吸收一定能量的光，而納米TiO2只有在紫外光照射下才產生光催化性能［1］。改變水的用量對TiO2的紫外吸收效果有一定影響。一般情況下，當加水量在2．5mL和3mL時，TiO2的紫外-可見光吸收效果明顯增強。

2摻雜改性納米TiO2溶膠

在加入3mL水量條件下，制備納米TiO2溶膠，并用不同濃度的Fe3+和Cu2+試劑對其進行摻雜改性，測定它們對紫外-可見光的吸收效果，結果見圖2和圖3。由圖2和圖3可知，納米TiO2溶膠摻雜Fe3+和Cu2+后，對紫外-可見光的吸收效果明顯。當Fe3+摻雜量為1%和Cu2+摻雜量為2%時，得到最大吸收峰，其吸收值為2．0，比未摻雜前的1．4有較大提高。由此可見，摻雜使得納米TiO2對光波長的響應范圍明顯增強，并向可見光區拓展。但當摻雜量進一步增加時，卻不能繼續增大納米TiO2最大吸收峰處的吸收強度。根據TiO2的摻雜機理，雜質金屬離子摻入TiO2后，改變了TiO2相應的能級結構。雜質金屬離子能級不僅可以接受TiO2價帶上的激發電子，也可以吸收光子使電子躍遷到TiO2的導帶上。由于摻雜能級處于禁帶之中，使長波光子也能被吸收，即在TiO2禁帶中引入新的雜質能級后，TiO2電子躍遷轉移過程發生變化，光激發的閾值降低而擴展了TiO2吸收光譜的范圍［11］。

納米TiO2溶膠的光催化性能

在加入3mL水量條件下，制備納米TiO2溶膠，以不同濃度的Fe3+和Cu2+對其摻雜改性，測定它們對亞甲基藍的光催化性能，計算降解率(A0=3．214)，結果見表1。由圖4可知，位于3500～3000cm－1處的寬吸收峰是由于O—H的伸縮振動引起的，這說明二氧化鈦粉末表面除了存在Ti—H2O的表面吸附態，還存在Ti—OH的表面態［14］。在1638．5cm－1處的吸收峰是由于O—H的彎曲振動引起的，在1414．4cm－1附近的吸收峰是由于N—H的伸縮振動引起的，說明制備溶膠中使用硝酸調節pH值。在1031．54cm－1處是Ti—O—Ti振動產生的吸收峰［15］。在744．9cm－1和680．4cm－1附近的吸收峰是二氧化鈦的特征吸收。由圖5和圖6可知，它們在500～800cm－1間都有吸收峰，這是二氧化鈦的特征吸收，摻入Fe3+后，吸收峰出現在791．21cm－1處，Cu2+則出現在732．64cm－1處。因此，摻入金屬后，并未改變納米TiO2的結構。

摻雜改性納米TiO2溶膠在棉織物上的應用

1降解VOC性能

將未改性納米TiO2及摻雜改性后的納米TiO2配制成3%和4%的納米TiO2溶膠處理織物，并用TVOC在線檢測艙測定對丙酮(VOC)的降解效果，其結果見表2。由表2可知，用經過Fe3+和Cu2+摻雜改性后的納米TiO2溶膠處理織物，其降解丙酮的效果比未改性的納米TiO2溶膠有較明顯的提高，且隨著納米TiO2溶膠溶度的增加，降解效率也相應增大。通過在TiO2溶膠中摻雜金屬離子，引入新電荷、改變晶格或增加晶格缺陷，因此可影響光生電子-空穴的運動狀況，并促使TiO2光生電子-空穴的有效分離，擴大其對可見光響應范圍，從而達到提高光催化活性的效果［13］。

2抗紫外效果

將未改性納米TiO2及摻雜改性后的納米TiO2配制成3%納米TiO2溶膠處理織物，測定織物抗紫外線效果，結果見表3。從表3可以看出，處理織物的抗紫外效果隨著納米TiO2的加入得到明顯提高，特別是UVB透過率有較大幅度下降，且用摻雜改性后的納米TiO2溶膠處理織物，抗紫外線效果尤為明顯。此外，從表3還可以看出，Fe3+摻雜量為1%及2%，Cu2+摻雜量為2%及3%時，抗紫外線效果變化基本不大。這說明在上述濃度范圍內，摻雜改性納米TiO2溶膠的抗紫外線效果基本相同。

3斷裂強力變化

將未改性納米TiO2溶膠及摻雜改性后的納米TiO2溶膠分別配制成3%納米TiO2溶膠處理到織物上，測定織物的斷裂強力變化，結果見表4。由表4可知，經過納米TiO2溶膠整理后，織物的經向斷裂強力有所提高，緯向的斷裂強力無明顯變化，且經過20次洗滌后斷裂強力也無明顯影響。這可能是由于TiO2溶膠顆粒粒徑很小，可以進入棉纖維的無定形區，尤其是當其進入棉纖維胞腔的缺陷部位，并且在此部位與纖維素大分子發生交聯反應，從而形成網狀結構，這種結構可以有效緩解應力集中的現象，提高棉織物的斷裂強力［16，17］。