锐钛矿相纳米TiO2晶体生长动力学及生长过程控制

研究了采用溶胶-凝胶法经由前驱物钛酸四异丙酯水解制备纳米TiO2结构相变及锐钛矿晶体生长动力学过程. 研究结果表明,在酸性条件下水解,由于高压热处理温度的变化导致锐钛矿向金红石相的结构相变,锐钛矿相纳米TiO2生长活化能在250℃以下和以上分别为(15.8±4.5) kJ/mol和(80.2±1.0) kJ/mol;而在碱性条件下水解的活化能值为(3.5±0.4 kJ/mol. 在不发生结构相变的条件下,酸性水解条件下锐钛矿相纳米TiO2生长速率相比没有碱性条件下快,即表明在酸性条件下提高锐钛矿生长速率主要依靠提高温度来实现,而在碱性条件下,可以通过延长高压热处理时间使得晶体生长速率加快,该研究成果对实现锐钛矿相纳米TiO2晶体尺寸控制和将来批量化制备提供了理论和实验指导.     

溶胶-凝胶法制备的纳米TiO2结构相变及晶体生长动力学

讨论了采用溶胶-凝胶法经由先驱物钛酸四异丙脂水解而制备的纳米TiO₂粉末的 结构相变 ，并讨论了该纳米粉末的生长动力学机理.结果表明，水解pH值为0.9，当高压釜热处理温度 ＜503K时，粉末晶粒度增长较为缓慢，而当热处理温度＞503K时，粉末粒度明显长大.应用 相变理论计算出了纳米TiO₂颗粒的两阶段的生长激活能，分别是18.5kJ/mol和5 9.7kJ/mol .XRD物相分析表明，高压釜热处理温度达到503K时，样品就开始发生锐钛矿到金红石相的结 构相变，到543K就基本实现了这一结构相变，使得这一相变温度比其他文献中报道的又降低 了许多. 关键词： 2')" href="#">纳米TiO₂ 溶胶_凝胶法 结构相变 晶粒生长动力学     

用SAXS和XRD方法研究TiO2纳米颗粒微观结构

用溶胶-凝胶方法制备了TiO₂纳米样品,并对该样品在300℃到800℃温度区域进行了退火处理.应用同步辐射X射线粉末衍射(XRD)方法研究了经不同热处理温度的TiO₂纳米颗粒的结构相变.应用同步辐射小角X射线散射(SAXS)方法研究了TiO₂纳米颗粒的表面分形与界面特性.得到纳米颗粒粒度与退火温度的变化规律,讨论了表面界面特征与相变的关系. 关键词： X射线小角散射 X射线衍射 2纳米颗粒')" href="#">TiO₂纳米颗粒     

电场热处理条件下TiO2薄膜的晶化行为研究

利用溶胶-凝胶法和电场热处理工艺在玻璃表面制备出一层TiO₂薄膜，采用DTA ，Raman光 谱，XRD和AFM等测试手段分析了TiO₂薄膜在电场热处理过程中的晶化行为.然后 在理论上 分析了外电场对TiO₂薄膜热处理过程的影响，提出了通过引入外电场促进TiO2薄膜从无 定形到锐钛矿的相转变的方法.通过甲基橙水溶液的光催化降解实验表明：在520℃电场热处 理条件下的TiO₂薄膜的光催化效率高于未引入电场热处理的TiO₂薄 膜. 关键词： 薄膜 晶化 电场 2')" href="#">TiO₂     

稀土钇、镧掺杂TiO2薄膜的拉曼谱分析

采用溶胶-凝胶法在石英玻璃衬底上用旋涂法制备了未掺杂、掺杂钇和掺杂镧的TiO₂薄膜样品,对样品在700—1100 ℃范围内进行退火处理,并对样品的拉曼光谱进行了分析.分析表明:随着退火温度的升高,未掺杂TiO₂薄膜发生了从锐钛矿相经混相最终向金红石相的转换,掺杂钇和掺杂镧对TiO₂薄膜的晶相转换起阻碍作用,掺杂镧的阻碍作用更强;稀土掺杂能使TiO₂薄膜晶粒细化,并使晶粒内部应力增大从而阻碍晶格振动,掺杂镧比掺杂钇的效果 关键词： 2薄膜')" href="#">TiO₂薄膜 稀土掺杂 拉曼光谱 溶胶-凝胶     

高压导致纳米TiO2形变的电子显微研究

α-PbO₂相TiO₂高压相具有适宜的带隙能和可见光范围的光催化能力,是一种适用于可见光、高效且环保的光催化材料.本文使用金刚石对顶压砧对锐钛矿纳米球进行加压-卸压处理得到了α-PbO₂相TiO₂高压相.利用透射电子显微镜对比初始样品和卸压样品,观察结果表明晶粒发生了明显形变,高分辨图显示其晶粒中存在大量[100]方向层错和形变孪晶,其中亚微米级晶粒中形成了透镜形片层结构的形变孪晶带;纳米级晶粒中形成了扇形多重形变孪晶.研究表明高压下锐钛矿TiO₂可以发生明显的形变,其形变的微观机制与金属类似,主要为形变孪晶和层错滑移,形变孪晶的形成存在明显的尺寸效应.这些结果为TiO₂高压相变的尺寸效应研究提供了一个新的切入点,同时还为制备孪晶α-PbO₂相TiO₂高压相提供了方法.     

高压下TiO2纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为

采用水热合成法制备了锐钛矿相TiO₂纳米线,并通过原位高压阻抗谱测量技术研究了TiO₂纳米线晶粒和晶界性质及电输运行为随压力的变化关系.研究结果表明:在0—34.0 GPa压力区间,锐钛矿TiO₂纳米线的传导机制为电子电导.TiO₂纳米线晶粒和晶界电阻以及弛豫频率在8.2—11.2 GPa压力区间均出现了不连续变化行为,此压力区域对应着由锐钛矿相到斜锆石相的结构转变,并且相变从晶粒表面逐渐延伸到晶粒内部.晶粒激活能和晶界激活能均随压力的增加而减小,说明压力对样品电导率的贡献为正.在所测压力范围内,空间电荷势始终为正值,表明在空间电荷区阴离子缺陷更易形成,氧缺陷是TiO₂纳米线相变的主要诱因.     

锐钛矿相和金红石相TiO2:Nb的光电性能研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了锐钛矿相和金红石相TiO₂:Nb的晶体结构、电子结构和光学性质. 结果表明, 在相等的摩尔掺杂浓度下(6.25%), 锐钛矿相TiO₂:Nb的导带底电子有效质量小于金红石相TiO₂:Nb, 且前者室温载流子浓度是后者的两倍左右, 即具有更大的施主杂质电离率, 从而解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb具有更优异电学性能的实验现象. 光学计算也表明锐钛矿相在可见光区有更大的透过率, 从而在理论上解释了锐钛矿相TiO₂:Nb比金红石相TiO₂:Nb更适于做透明导电材料的原因. 计算结果与实验数据能较好符合. 关键词： 2:Nb')" href="#">TiO₂:Nb 第一性原理 电子结构 光学性能     

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO₂晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO₂的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象. 关键词： 高氧空位 2半导体')" href="#">锐钛矿TiO₂半导体 电子寿命 第一性原理     

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(03，说明Co₃O₄与TiO₂反应形成了CoT iO₃；同时，在700 ℃低温和900 ℃以上的高温烧结样品中分别观察到了单相的 锐钛矿和金红石相结构.经高低温烧结的样品在500 ℃氢退火后，CoTiO₃相消失 ，锐钛矿相的Co_xTi_1-xO_2-δ形成.X射线光电子能谱(X PS)分析显示，氢退火样品中的Co以+2氧化价态存在，同时没有观察到金属态的Co，这说明 氢退火样品中的室温铁磁性不是源于金属Co颗粒的形成，而是与钙钛矿结构的CoTiO_{3< /sub>相的消失和锐钛矿型的CoxTi1-xO2-δ相的形成 有关.(Co3O4)x/3(TiO2)1-x( 0x}Ti_1-xO_2-δ相的本征铁磁性，伴随着结构相变而产生的Co离子之间的铁磁交换相互作用或 许是样品室温铁磁性产生的根本原因. 关键词： 室温铁磁性 结构相变 锐钛矿 氢退火     

甲醇分子在金红石TiO2(110)和锐钛矿TiO2(001)表面吸附和反应的活性位点

通过高分辨的扫描隧道显微术研究并比较了金红石型TiO₂(110)-(1×1)和锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)两种表面的活性位点． 在金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面, 观察到氧空位缺陷是O₂和CO₂分子的活性吸附位点,而五配位的Ti原子是水分子和甲醇分子的光催化反应活性位点．在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面,观察到完全氧化的表面,Ti原子更可能是六配位的,H₂O和O₂分子均不易在这些Ti原子上吸附．经还原后表面出现富Ti的缺陷位点, 这些缺陷位点对H₂O和O₂分子表现出明显的活性． 锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的吸附和反应活性并不具有很高的活性,某种程度上其表现出的活性似乎低于金红石型TiO₂(110)-(1×1)表面．     

热处理对爆轰合成的纳米TiO_2混晶的结构相变的影响

采用爆轰法制备了纳米TiO2混晶体,初步研究了不同煅烧温度(600℃和720℃)和不同煅烧时间(1 h,2 h,3.5 h和5 h)对其微结构和结构相变行为的影响,并应用热动力学理论讨论了从锐钛矿相到金红石相的结构相变过程和相变机理.研究表明:随着煅烧温度的升高和煅烧时间的增加,纳米TiO2的粒径逐渐增大,混晶中金红石相的含量逐渐提高.与常规方法制备的纳米TiO2不同的是,在相同煅烧温度和煅烧时间下金红石相的平均生长速率明显低于锐钛矿相.锐钛矿相完全相变为金红石的温度也明显低于常规方法报道的相变温度.该研究会对控制纳米TiO2晶体尺寸和批量合成提供一定的理论和实验指导.     

用扩散蒙特卡罗方法研究BH2, B(OH)2, BCl2和BCl的键离解能

采用扩散蒙特卡罗(DMC)方法计算了BH₂, B(OH)₂, BCl₂和BCl的HB-H和HOB-OH的键离解能, 同时也研究了轨道选择和Backflow变换对DMC计算结果的影响． 在Slater-Jastrow DMC(SJ-DMC)计算方法中,当采用B3PW91轨道时得到的HB-H和HOB-OH键离解能分别是359.1±0.12和98.2±0.12 kJ/mol;用B3LYP SJ-DMC计算键离解能得到了与用B3PW91 SJ-DMC方法类似的结果．通过BF-DMC(即在DMC中引入backflow修正)计算得到的HB?H键离解能为369.6±0.12 kJ/mol,也得到了更加接近实验值的HOB-OH键离解能为446.0±1.84 kJ/mol．由DMC的计算结果可以断定HB?H的键离解能的实验值为375.8 kJ/mol．另外还给出了BCl2和BCl的键离解能的计算结果.     

Effect of thermal annealing on the structure and microstructure of TiO2 thin films

Nanostructured TiO₂ thin films have been prepared through chemical route using sol-gel and spin coating techniques. The deposited films were annealed in the temperature range 400–1000°C for 1 h. The structure and microstructure of the annealed films were characterized by GAXRD, micro-Raman spectroscopy and AFM. The as-deposited TiO₂ thin films are found to be amorphous. Micro-Raman and GAXRD results confirm the presence of the anatase phase and absence of the rutile phase for films annealed up to 700°C. The diffraction pattern of the film annealed at 800 to 1000°C contains peaks of both anatase and rutile reflections. The intensity of all peaks in micro-Raman and GAXRD patterns increased and their width (FWHM) decreased with increasing annealing temperature, demonstrating the improvement in the crystallinity of the annealed films. Phase transformation at higher annealing temperature involves a competition among three events such as: grain growth of anatase phase, conversion of anatase to rutile and grain growth of rutile phase. AFM image of the asdeposited films and annealed films indicated exponential grain growth at higher temperature.      

Adsorption CO2 on the perfect and oxygen vacancy defect surfaces of anatase TiO2 and its photocatalytic mechanism of conversion to CO

The adsorption energies for physisorption and the most stable chemisorption of CO₂ on the neutral charge of perfect anatase [TiO₂] (0 0 1) are −9.03 and −24.66 kcal/mol on the spin-unpolarized and −12.98 and −26.19 kcal/mol on the spin-polarized surface. The small activation barriers of 1.67 kcal/mol on the spin-unpolarized surface and of 6.66 kcal/mol on the spin-unpolarized surface were obtained. The adsorption mechanism of CO₂ on the oxygen vacancy defect [TiO₂ + V_O] surface of anatase TiO₂ using density functional theory calculations was investigated. The energetically preferred conversion of CO₂ to CO was found either on the spin-unpolarized or spin-polarized surfaces of oxygen vacancy defect surface [TiO₂ + V_O] as photocatalyst.     

Effect of manganese ions concentration on the anatase–rutile phase transformation of TiO2 films

The phase structures of Ti_1?xMn_xO₂ (0?x<0.08) films synthesized by sol–gel spin coating have been investigated. The effect of Mn dopants on the stability of titanium dioxide (TiO₂) was studied by X-ray diffraction and Raman spectra for isochronally annealed samples. The increased Mn dopant concentration decreased the onset temperature of anatase–rutile (A–R) phase transformation. The calculated activation energy for the phase transformation decreased from 173.6 to 89.4 kJ/mol with Mn dopants concentration increasing from 0% to 7.51%. The Mn ions incorporated into the TiO₂ lattice reduce the rutile nucleation barrier and promote the nucleation rate.     

Preparation and characterization of hollow TiO2 nanospheres: The effect of Fe3+ doping on their microstructure and electronic structure

Hollow Fe-doped TiO₂ spheres with various Fe dopant concentrations, 0.25, 0.50 and 1.0 wt%, were synthesized via a hydrothermal method using carbon spheres as templates. The prepared samples were calcined in air at temperatures of 500 and 550 °C for 3 h and characterized using XRD, SEM, TEM, SAED, EDX, XPS and UV–vis spectroscopy. The analytical results showed that the presence of a very low concentration of Fe³⁺ incorporated into hollow nanoporous TiO₂ spheres inhibited the growth of nanocrystals as well as the anatase to rutile phase transformation inside the anatase TiO₂ lattice. Doping with 1.0 wt% Fe³⁺ resulted in a reduction of the TiO₂ sphere diameter from 205.71 ± 25.29 nm to 68.70 ± 7.07 nm. The optical energy gap of the samples was determined from UV–Vis absorption spectra. The results showed that the absorption edge of TiO₂@Fe was shifted toward the visible light region with increased Fe content.     

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. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能     

Structural transformation study of TiO2 nanoparticles annealing at different temperatures and the photodegradation process of eosin-Y

Hydrothermal method was used to prepare TiO₂ nanoparticles with annealing temperature at 500 °C–700 °C. The mixture of anatase-rutile phase was investigated by powerful tool of X-ray diffraction (XRD). The structural parameters of anatase and rutile mixture phaseTiO₂ nanoparticles were calculated from the Rietveld refinement. The transformation rate of rutile was increased linearly with an annealing temperature of 500 °C–700 °C. The spherical morphology of the anatase and rutile mixed phase were obtained by scanning electron microscope and transmission electron microscope. The spherical particle of the anatase and rutile TiO₂ shows with great aggregation with different size and within the range of few tens nm. The EDAX study revealed the presence of titanium and oxygen. The best photocatalytic activity was identified as the 87.04% of anatase and 12.96% of rutile mixer phase of TiO₂. Various factors could be involved for a better photocatalytic activity.