Ti1-xCrxO2±δ体系的相关系、晶体结构和磁性能研究

采用溶胶凝胶法制备了Ti1-xCrxO2±δ体系系列样品.利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS),粉末X射线衍射分析(XRD)方法研究了Ti1-xCrxO2±δ系列样品的颗粒尺寸、形貌、组分化学态、相关系和固溶区范围;并利用超导量子干涉磁强计对样品的磁性能进行了研究.采用Rietveld结构精修的方法研究了Cr的不同掺杂量对TiO2晶体结构的影响,研究表明,1000℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.03,为金红石单相;随着Cr掺杂量的增加,金红石相晶胞参数规律性地减小;当x>0.03,为金红石相和CrO2相两相共存.综合XRD和磁性测量结果,500℃烧结的样品的固溶区范围是x=0—0.02,为锐钛矿单相;随着Cr掺杂量的增加,锐钛矿相晶胞参数规律性地减小;当x≥0.04,为锐钛矿相和绿铬矿相(Cr2O3)两相共存.XPS实验结果表明,500℃和1000℃退火的样品中Cr都是以Cr 3和Cr 6两种化学态存在,1000℃烧结的样品中可能有更多的Cr3 转化为Cr6 .根据M-H和M-T曲线的测试结果发现,本文500℃烧结的Ti1-xCrxO2±δ体系样品当x=0—0.02时,为室温铁磁性.当x≥0.04时,由铁磁相和顺磁相所组成,在低温下有较强的铁磁性;室温下主要是顺磁相,铁磁相只占据很小的体积分数.     

Ti_(1-x)Fe_xO_2纳米粉末的制备及性质研究

采用溶胶-凝胶法制备Ti1-xFexO2胶体,然后放入高压反应釜中进行热处理,得到了一组Ti1-xFexO2纳米粉末样品。利用X射线衍射仪(XRD)和拉曼光谱(Raman)对样品的结构进行表征。利用振动样品磁强计(VSM)对样品的磁性进行研究。利用紫外-可见光谱(UV-Vis)以罗丹明B溶液为目标降解物,考察了样品的光催化性能。研究发现,不同掺杂浓度的Ti1-xFexO2样品均为锐钛矿结构。Fe掺杂的样品表现出室温铁磁性,并且铁磁性来源于半导体本征磁性而不是来源于第二相。当掺杂浓度从0.0%增加到0.2%时,光催化活性增强。当掺杂浓度从0.2%增加到0.8%时,光催化活性下降。掺杂浓度为0.2%时光催化活性最好。     

基于第一性原理研究Y掺杂锐钛矿TiO2的磁光性质

基于第一性原理计算，建立了未掺杂和三种Y掺杂量的锐钛矿TiO2模型。对各个模型的形成能、磁性、电子结构及吸收光谱进行了计算。结果表明：掺入锐钛矿晶格的不同Y原子之间没有团簇趋势；Y掺杂量越大，实现掺杂所需的能量越高；Y掺杂的锐钛矿体系具有铁磁性，因而晶格中的自旋能级分裂效应能降低锐钛矿的带隙宽度，但当Y掺杂量升高时，这种影响显著减弱；随着Y掺杂量增加，弱束缚的O-2p态电子浓度增加，导致价带顶的O-2p态跨越费米能级，使得带隙值减小，进而提高了改性锐钛矿TiO2对可见光的吸收系数。     

N、C共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了N和C原子分别单掺杂和双掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构、电子结构和光学性质。计算结果表明：原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C替位掺杂更倾向于替代Ti位,而非O位;替位掺杂使TiO2光吸收带边发生了明显红移,且在可见光区域的吸收效率明显增加,大大提高了光催化效率。与单掺杂比较发现,N、C双掺杂红移现象更加明显,为较好的掺杂改性方式。     

N、C共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,研究了N和C原子分别单掺杂和双掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构、电子结构和光学性质。计算结果表明：原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C替位掺杂更倾向于替代Ti位,而非O位;替位掺杂使TiO2光吸收带边发生了明显红移,且在可见光区域的吸收效率明显增加,大大提高了光催化效率。与单掺杂比较发现,N、C双掺杂红移现象更加明显,为较好的掺杂改性方式。     

锐钛矿相和金红石相Nb:TiO_2电学性质的GGA(+U)法研究

采用基于密度泛函理论第一性原理GGA和GGA+U相结合的方法研究了不同掺杂浓度下锐钛矿相和金红石相Nb:TiO2的晶体结构、电子结构以及稳定性.结果表明:锐钛矿相Nb:TiO2能带结构与简并半导体类似,呈类金属导电机理.金红石相Nb:TiO2呈半导体导电机理.Nb原子比Ti原子电离产生出更多的电子.锐钛矿相Nb:TiO2中Nb原子的电离率比金红石相Nb:TiO2的大.以上结果说明锐钛矿相Nb:TiO2比金红石相Nb:TiO2更适宜用作TCO材料;掺杂浓度对其杂质能级,费米能级和有效质量都有影响.Nb原子掺杂浓度越高,材料电离率呈降低趋势;形成能计算结果显示:在富钛条件下不利于Nb原子的掺杂,而在富氧条件下有利于Nb原子的掺杂.对于金红石相和锐钛矿相Nb:TiO2,不论是在贫氧或富氧条件下,随着Nb原子掺杂浓度的提高,形成能均增大.     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大;S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO2的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO2在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构和光催化性能影响的差别.     

第一性原理研究钨掺杂对锐钛矿物性的影响

在实验上, W掺杂量在0.02083–0.04167的范围内时, 有关掺杂体系的电导率影响的研究有两种相悖的结论. 为解决这个问题, 本文采用第一性原理平面波模守恒赝势方法, 首先构建了两种Ti_0.97917W_0.02083O₂ 和Ti_0.95833W_0.04167O₂ 超胞模型, 分别对这两种模型进行了几何结构优化、能带结构分布和态密度分布计算. 同时还计算了掺杂体系的电子浓度、有效质量、迁移率和电导率. 计算结果表明, 在电子自旋极化或电子非自旋极化的条件下, W掺杂浓度越大、掺杂体系的电子浓度越大、有效质量越小、迁移率越小、电导率越大、导电性能越强. 由电离能和Bohr半径分析进一步证实了Ti_0.95833W_0.04167O₂ 超胞的导电性能优于Ti_0.97917W_0.02083O₂ 超胞. 为了研究掺杂体系的结构稳定性和形成能, 又分别构建了Ti_0.96875W_0.03125O₂, Ti_0.9375W_0.0625O₂两种超胞模型, 几何结构优化后进行了计算, 结果表明, 在电子自旋极化或电子非自旋极化的条件下, 在W掺杂量为0.02083–0.04167的范围内, W掺杂浓度越大、掺杂体系的总能量越高、稳定性越差、 形成能越大、掺杂越困难. 将掺杂体系的晶格常数与纯的锐钛矿TiO₂相比较, 发现沿a轴方向的晶格常数变大、沿c轴方向的晶格常数变小、掺杂体系的体积变大, 计算结果与实验结果相符合. 在电子自旋极化的条件下, 掺杂体系形成了半金属化的室温铁磁性稀磁半导体.     

CoxTi1-xO2-δ体材中氢退火引起的铁磁性及结构相变

利用固相反应法在700℃-1000℃不同的温度下、空气中烧结Co3O4和TiO2混合物,制备了(Co3O4)x/3(TiO2)1-x(0相似文献   

掺Fe~(3+)对载Ag纳米TiO_2光催化性能的改良

为研究掺杂不同mol分数的Ag+,Fe3+对TiO2薄膜光催化性能的影响,采用溶胶-凝胶法分别制备了掺杂不同质量分数的Ag+,Fe3+及其共掺杂的纳米TiO2光催化杀菌膜。以大肠杆菌为光催化抗菌的反应模型,对TiO2薄膜光催化性能进行了评价。进而采用XRD,Uv-Vis对复合掺杂薄膜的特性进行了测试,以分析Ag+,Fe3+对影响TiO2薄膜的光催化杀菌性能的内在机理。结果表明:在荧光灯照射下,以Ag+,Fe3+各自最佳掺杂量Ag/Ti+=0.05%,Fe/Ti=0.1%,共同掺入TiO2中时,共掺杂杀菌率最高,并且共掺杂有良好的光催化分解能力。所得TiO2晶型基本为锐钛矿型,通过Uv-Vis可以看出共掺杂在可见光区具有良好的吸收性能。Fe3+是由于拓展了TiO2的吸收范围,而Ag+是由于正离子有效地抑制光生电子空穴的复合,它们二者共同合作从而提高了TiO2薄膜的光催化性能。共掺杂相对于单掺杂有着更优异的性能,是进一步的研究方向。     

镧系元素掺杂TiO_2的电子和光学特性的第一性原理计算

基于密度泛函理论的第一性原理局部密度近似法,结合Hubbard U校正(LDA+U),研究了镧系元素掺杂的锐钛矿型TiO_2的取代能、热力学电荷跃迁能级和光学性质.除La之外的所有镧系元素,在掺杂时向主带隙中引入杂质态.所得取代能表明了镧系元素掺杂TiO_2的可行性.同时预测了最佳掺杂比例约为3%,由Ce、Nd、Sm、Gd或Tm掺杂引入的掺杂能级具有负U特性.另外,所得热力学跃迁能级预测了Lu在主带隙内不发生电荷跃迁.算出的光吸收系数表明镧系元素掺杂可使TiO_2具有可见光吸收性能.     

Al-2N掺杂量对ZnO光电性能的影响

与本文相近的Al-2N掺杂量的范围内, 对ZnO掺杂体系吸收光谱分布红移和蓝移两种实验结果均有文献报道, 但是, 迄今为止对吸收光谱分布尚未有合理的理论解释. 为了解决该问题, 本文采用基于密度泛函理论的广义梯度近似 平面波超软赝势方法, 用第一性原理构建了两种不同掺杂量的Zn_0.98148Al_0.01852O_0.96296N_0.03704和Zn_0.96875Al_0.03125O_0.9375N_0.0625超胞模型. 在几何结构优化的基础上, 对模型能带结构分布、态密度分布和吸收光谱分布进行了计算. 计算结果表明, 在本文限定的掺杂量范围内, Al-2N掺杂量越增加, 掺杂体系的体积越减小, 体系总能量越升高, 体系稳定性越下降, 形成能越升高, 掺杂越难; 所有掺杂体系均转化为简并p型化半导体, 掺杂体系最小光学带隙均变窄,吸收光谱均发生红移; 同时发现掺杂量越增加, 掺杂体系最小光学带隙变窄越减弱, 吸收光谱红移越减弱. 研究表明: 要想实现Al-2N共掺在ZnO中最小光学带隙变窄、掺杂体系发生红移现象, 除了限制掺杂量外, 尺度长短也应限制; 其次, Al-2N掺杂量越增加,掺杂体系空穴的有效质量、浓度、 迁移率、电导率越减小,掺杂体系导电性能越减弱. 计算结果与实验结果的变化趋势相符合. 研究表明, Al-2N共掺在ZnO中获得的新型半导体材料可以用作低温端的温差发电功能材料.     

第一性原理计算Mo浓度对Mo掺杂BiVO4光催化性能的影响

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了不同浓度的Mo掺杂BiVO₄的V位的电子结构、光学性质和光催化性能.缺陷形成能的计算结果说明BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系都是可以稳定存在的.电子结构计算结果表明：BiMo_xV_1-xO₄(x=0, 0.0625, 0.125, 0.25)四种体系的带隙分别为2.123 eV,2.142 eV,2.160 eV和2.213 eV.掺杂BiVO₄体系的带隙值均大于本征BiVO₄,且带隙随着Mo浓度的增加而增大. BiMo_xV_1-xO₄(x=0.0625, 0.125, 0.25)三种掺杂体系的能带结构全部向低能量区域移动,导致掺杂体系导带底越过费米能级,Mo掺杂BiVO₄后具...     

贵金属掺杂锐钛矿TiO2光催化性能的第一性原理研究

本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,对纯锐钛矿TiO2及贵金属（Ru、Pd、Pt、Ag和Au）掺杂锐钛矿TiO2的晶格结构、能带结构、电子态密度及光学性质进行了计算。结果表明：贵金属掺杂后TiO2的晶格体积都出现了不同程度的增大;Pd和Pt掺杂后TiO2体系的禁带宽度减小,Ru、Ag和Au掺杂后体系表现出了一定的金属属性,五种贵金属掺杂TiO2后吸收光谱都有红移的趋势。掺杂形成能计算表明,除Ru金属外,富氧条件下掺杂更容易实现。     

S、Cr共掺杂TiO2纳米材料的固相合成及其可见光降解性能

采用固相反应法分别合成了铬掺杂二氧化钛(Cr-TiO2)及硫和铬共掺杂二氧化钛(S-Cr-TiO2)纳米材料.并用XRD、SEM、UV-Vis、XPS、N2吸附等技术对材料进行了物相结构表征,同时研究了材料对水溶苯胺蓝的可见光降解性能.结果表明,在S-Cr-TiO2纳米材料中,硫以阳离子S6+进入二氧化钛晶格或晶格间隙...     

Pr掺杂TiO2光催化剂的制备及其对酸性品红降解反应的催化性能

以钛酸四丁酯为前躯物,采用溶胶-凝胶法制备了掺杂不同含量Pr的TiO2光催化剂,利用XRD,TG-DTA,AFM,UV-Vis,FTIR等手段对催化剂进行了表征。并通过酸性品红光催化降解实验对其光催化性能进行了评价,考查了实验条件,如催化剂用量,烧结温度,掺杂量等对催化剂催化活性的影响。Pr2O3的掺杂阻碍了TiO2晶相由锐钛矿型向金红石型的转变,使TiO2的粒径减小,比表面积增大,催化活性增强。当Pr掺杂量为0.8%,催化剂用量为0.03g,烧结温度为500℃时,酸性品红的降解率达到97%以上,酸性品红的降解反应为准一级反应。     

LiNbO3∶Cr∶Cu晶体吸收特性及非挥发全息存储研究

研究了LiNbO3∶Cr∶Cu晶体的吸收特性,发现LiNbO3∶Cr∶Cu（含0.14 wt.% Cr2O3 和 0.011 wt.% CuO）晶体存在两个明显的吸收峰,中心波长分别位于480 nm和660 nm; 随着Cr的含量逐渐减小,Cu的含量逐渐增大,短波段不存在明显吸收峰,掺Cr的含量越大,中心波长在660 nm处的吸收越大；633 nm红光虽然位于中心波长为660 nm的吸收峰内,但它无助于光折变过程.分别采用390 nm紫外光和488 nm蓝光作为敏化光,514 nm绿光作为记录光的记录方案,实现了非挥发全息记录,掺入适量的Cr( 比如NCr=2.795×1025 m－3,NCr/ NCu=1)有助于全息记录性能的提高.     

Mn-N共掺杂TiO2电子结构和光学性质的第一性原理计算

本文采用第一性原理研究了Mn、N掺杂TiO2和Mn-N共掺杂TiO2的能带结构、态密度和Mn-N共掺TiO2对体系介电函数与吸收谱的影响.研究结果表明,Mn掺杂TiO2的能带结构的禁带内出现的杂质能级是由Mn 的3d轨道贡献;N掺杂TiO2在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 3d和N 2p轨道杂化形成; Mn-N共掺的TiO2能带在费米能级处的杂质能级则由O 2p, Ti 和Mn的3d以及N 2p轨道杂化形成; 对于介电函数,在低能区间(<2.5 eV),理想TiO2无介电峰, Mn-N共掺体系则出现了两个介电峰,原因在于Mn 3d态和N 2p态使介电峰值向低能区移动;同时,与理想TiO2的吸收谱相比,最大的变化是在可见光区出现了一个吸收峰,且在可见光区的响应的范围变宽.