搪瓷作为一种结实而美观的涂层材料,具有硬度高、耐高温、耐腐蚀、易清洗、易加工等特点,在日用器皿、建筑装饰、医用器材、储水设备、工业反应釜、高温防腐设备、电厂环保设备、电子器件、工艺品等领域具有广泛的用途。另一方面,具有杀菌消毒、光催化降解、超亲水等特性的自洁净搪瓷材料在建筑外墙装饰、卫生洁具等领域也呈现了极大的应用潜力。在搪瓷表面构筑多组分、微/纳米级的复合材料能够使其表现出独特的光学、电学及化学特性,进而呈现出多种新功能。目前,半导体TiO₂虽然拥有光催化活性、光致超亲水性能、良好化学稳定性等优点,但由于其带隙较宽,对太阳光的利用率低,且光致亲水性能必须在紫外光下才能激发,因此限制了其进一步的实际应用。为了研制开发在紫外-可见、可见光照下具有良好光催化性能、超亲水性能的自洁净钢板搪瓷材料,本论文从搪瓷瓷釉的设计出发,通过优化钢板搪瓷的瓷釉配方、磨加物配方和搪烧工艺,制备出了新型钢板搪瓷,并对其瓷釉理化性能和显微结构进行了深入研究,探讨了瓷釉的烧成机理;进一步采用溶胶-凝胶法和水热法在新型钢板搪瓷表面构筑Enamel-TiO₂、Enamel-TiO₂-CdS和Enamel-TiO₂-Bi基微纳结构薄膜,并探讨其表面显微结构、晶相组成等对材料光催化性能、表面润湿性能的影响规律,成功研发了在紫外-可见、可见光条件下具备防雾、防污性能的自洁净搪瓷复合材料,主要研究内容如下:（1）研制了新型的SiO₂-B₂O₃-TiO₂-R₂O钢板搪瓷瓷釉。以SiO₂-B₂O₃-TiO₂-R₂O体系为研究对象,通过瓷釉配方设计、磨加物配方设计,制备了一系列适合在钢板上涂搪的瓷釉,瓷釉熔制后颜色呈半透明米黄色,烧成后呈乳白色。通过调节Ti、Si、B等氧化物比例,使瓷釉的膨胀系数更接近钢材的膨胀系数,增强了钢板搪瓷的界面结合。在瓷釉中磨加了非晶态SiO₂,着重研究了磨加物添加、改变烧成工艺等对钢板搪瓷性能的影响。研究发现,当磨加非晶态SiO₂（粒径0.8-1.5μm）含量为8 wt.%、烧成温度在800±5℃时,搪瓷瓷层的耐酸性能达到Class A+级,耐温急变温度达300℃,烧制过程中?-SiO₂液相发生迁移进入[AlO₄]网络结构,形成更加完善的[-SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃]四面体网络结构;当烧成温度≤800℃时,搪瓷瓷釉晶相主要为锐钛矿相TiO₂,随着烧成温度逐渐升高至900℃时,搪瓷的晶相转变为金红石相TiO₂,而磨加非晶态SiO₂对TiO₂析晶及晶相转变没有明显影响。（2）构筑了搪瓷表面TiO₂微纳结构。采用溶胶-凝胶法成功地在钢板搪瓷表面构筑了具有光催化性能的TiO₂微纳结构。研究结果表明:热处理温度为400℃时,所获得的Enamel-TiO₂微纳结构表面颗粒均匀,结构疏松多孔比表面积大,并与钢板搪瓷附着良好。在以罗丹明B（Rh B）为目标污染物的光催化降解实验中,该热处理温度下的Enamel-TiO₂微纳结构表现出优良的光催化性能,当Rh B初始浓度为5 ppm时,该材料在氙灯照射80 min后降解率为19.76%,经5次循环试验后催化性能稳定。通过紫外-可见漫反射吸收光谱分析,该结构禁带宽度为2.95 e V,通过EDS、XPS测试发现,搪瓷表面的Al3+、Na+等扩散到Enamel-TiO₂微纳结构中形成了掺杂,从而拓宽了光吸收范围,提高了对光的吸收效率。此外,Enamel-TiO₂微纳结构的热处理温度与表面亲水性能相关,当热处理温度为600℃时的Enamel-TiO₂微纳结构经过紫外光照3 h后,亲水性能最佳（与水的接触角为0°）,具备超亲水性和防雾自洁净功能。其亲水性能高的原因可能是由于600℃热处理后,材料表面TiO₂主要以四方晶系的锐钛矿型存在,此种晶相具有桥位氧原子,经紫外光激发后,使其表面产生大量钛羟基,与水完全亲和。（3）发展了Enamel-TiO₂-CdS半导体复合材料。以硫酸钛（Ti（SO₄）₂）和尿素（CO（NH₂）₂）为前驱物,采用水热法在搪瓷表面构筑了分散均匀的TiO₂基微纳结构。当水热合成温度为200℃、水热合成时间为12 h时,获得晶型较完整的Enamel-TiO₂纳米棒状结构（直径在60¹00 nm左右）,其禁带宽度为3.07 e V,对可见光几乎不响应,经氙灯照射下80 min后,对Rh B光催化降解率为24.9%。以硝酸镉（Cd（NO₃）2·4H₂O）、半胱氨酸（C₃H₇NO₂S）为原料,采用“一步水热法”、“两步水热法”对搪瓷表面TiO₂微纳结构进行敏化,获得Enamel-TiO₂-CdS复合微纳结构,其中“两步水热法”制备的Enamel-TiO₂-CdS复合微纳结构的光吸收边在580 nm左右,显示CdS敏化后拓宽了微纳结构光响应区域,在紫外-可见、可见光照下均具有较好的光催化性能,对Rh B的光催化降解率分别为41.37%（80 min）、25.95%（80 min）,并且光催化稳定性良好,优异的光催化性能归因于CdS的引入提高了光生电子-空穴对的光量子产额,同时抑制了电子-空穴对的复合。在对材料表面的润湿性研究中发现,水热合成温度为200℃、水热合成时间为12 h条件下制备的Enamel-TiO₂纳米棒状结构无需紫外光照其接触角为0°,具有优良的超亲水性能;通过“两步水热法”获得的Enamel-TiO₂-CdS微纳结构在无紫外光照情况下与水的接触角为24.3°,可能与复合后钛羟基表面密度下降有关,经紫外光照3 h后,材料表面与水接触角降至4.5°。（4）开发了多种Enamel-TiO₂-Bi基半导体复合材料。采用“两步水热法”,利用不同前驱物对搪瓷表面TiO₂微纳结构进行了敏化,分别获得了Enamel-TiO₂-BiVO₄、Enamel-TiO₂-BiOCl、Enamel-TiO₂-Bi₂WO₆半导体复合微纳结构,对紫外-可见、可见光均有不同程度的响应,其中Enamel-TiO₂-Bi₂WO₆微纳结构材料在原有的Enamel-TiO₂纳米棒结构上生长出了细小颗粒,呈毛毛虫状表面粗糙结构;通过XRD、TEM、XPS分析,进一步验证了Enamel-TiO₂-Bi₂WO₆微纳结构包含有锐钛矿相的TiO₂和钨铋矿相的Bi₂WO₆;通过紫外-可见漫反射吸收光谱分析表明,该材料的禁带宽度为2.53 e V,吸收范围拓宽到了可见光区,对紫外-可见、可见光均有响应,经照射80 min后,对Rh B降解率分别达到44.5%、23.5%,光催化效果最佳。这归因于Bi₂WO₆的价带边电势比TiO₂的更正,复合结构促进了光生电子-空穴对的分离效率,使得体系中活性组分（e-、h+和·OH等）存在的时长延长,增加与污染物分子反应的概率,提高了光催化效果。同时,经与水的接触角实验发现,所获得的Enamel-TiO₂-Bi基半导体复合微纳结构无需光照均具备非常优异的超亲水性能,从水滴接触到材料表面到水完全在材料表面铺展开均在1.5 s内,具有较大的应用潜力。