N,Co共掺杂锐钛矿相YiO2光催化剂的第一性原理研究

采用第一性原理平面波超软赝势方法研究了N,Co共掺杂锐钛矿相TiO2的微观结构和光学性质.结果表明:N,Co共掺杂后TiO2晶格中产生的偶极矩使光生电子-空穴对更有效地分离;在TiO2导带和价带之间形成了新的杂质能级,一方面使吸收带边红移到可见光区,光吸收性能明显增强,另一方面有利于光生电子-空穴对的分离,提高TiO2的光量子效率;与纯TiO2相比,N,Co共掺杂锐钛矿相TiO2带边的氧化还原势只有微小的变化,共掺杂后TiO2的强氧化还原能力得以保持.     

稀土掺杂金红石相TiO2的第一性原理的定性计算

稀土掺杂金红石相TiO2的禁带宽度(带隙)是影响其吸收波长的主要因素,其决定TiO2的光催化活性.利用第一性原理密度泛函理论(Ab initio DFT)得出17种稀土掺杂金红石相TiO2的能态密度(DOS),结果表明:除Lu、Y、Yb和Sc四种稀土增大金红石相TiO2带隙外,其余13种稀土均很大程度地降低金红石相TiO2的带隙.因此,稀土掺杂金红石相TiO2具有广阔的研究前景.     

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.     

金属离子掺杂对TiO2/白云母纳米复合材料中TiO2的颗粒形态及相组成的影响

采用化学液相沉积法制备了系列未掺杂和掺杂不同金属离子的TiO2白云母纳米复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM),x射线衍射(XRD)对其TiO2薄膜的TiO2颗粒形态和相组成进行了详细研究.结果表明,TiO2颗粒在15—50nm之间;除球形颗粒外,掺杂Mn2+,Zn2+的样品中还出现有金红石柱状颗粒.TiO2薄膜中相组成以锐钛矿、金红石共存为特征;掺杂金属离子对TiO2相组成的影响取决于金属离子的离子半径、电荷及配位体特征. 关键词： 金属离子掺杂 TiO2 颗粒形态 相组成     

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.     

金红石相含量对TiO_2纳米纤维光催化的影响

本文采用静电纺丝法制备出不同前驱条件下的TiO_2纳米纤维。用扫描电镜对样品的形貌进行表征,结果表明纤维直径约为100nm且表面粗糙;X-射线衍射和拉曼结果显示不同前驱条件制备的样品中锐钛矿相与金红石相的比例不同;利用紫外可见分光光度计测试TiO_2纳米纤维对亚甲基蓝的光催化活性分析所制样品的光催化活性,结果表明加热条件下样品的活性更高;原因是加热条件下金红石相的含量更多,两相混合为电子跃迁提供更多的跃迁能级,增加了光生电子和空穴的寿命,从而减少两者的复合几率,提高TiO_2纳米纤维的光催化活性。     

锐钛矿相TiO2纳米管的制备及其染科敏化太阳电池

以商用金红石相TiO2粉末为原料,通过在碱性溶液中150℃水热48h的方法合TiO2纳米管.采用SEM,TEN,XRD分析手段对TiO2纳米管的形貌和结构演变进行了表征.制成的TiO2纳米管与TritonX-100,乙酰丙酮混合后,通过丝网印刷的方法涂敷到ITO导电玻璃衬底上,并且在450℃下烧结30min后得到可应用于染料敏化太阳电池的多孔光阳极.将此光阳极浸泡于N719染料敏化后,与镀铂对电极组装电池,两者之间灌入液态电解质,电池的有效面积为0.28 cm2.在标准氙灯模拟器下(AM 1.5,100 roW/cm2)测试r电池的J-V特性,得到2.17%的光电转换效率.     

C自掺杂TiO2纳米棒的制备与光催化性能研究

本文以TiC为前驱体和掺杂源,采用一步水热法合成了具有可见光吸收的C自掺杂金红石相TiO2纳米棒．样品的结构、形貌、化学态和光学性质等可通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）以及紫外可见分光光度计（UV-vis）来表征．所合成的样品具有较强的光催化活性,可通过在可见光照射下降解有机染料罗丹明B（RhB）来验证．C自掺杂TiO2所呈现的较强光催化活性是由于其具有小的能带间隙（2.74 eV）、大的比表面积和高的电子-空穴对分离率．     

C自掺杂TiO2纳米棒的制备与光催化性能研究

本文以TiC为前驱体和掺杂源,采用一步水热法合成了具有可见光吸收的C自掺杂金红石相TiO2纳米棒．样品的结构、形貌、化学态和光学性质等可通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、X射线光电子能谱仪（XPS）以及紫外可见分光光度计（UV-vis）来表征．所合成的样品具有较强的光催化活性,可通过在可见光照射下降解有机染料罗丹明B（RhB）来验证．C自掺杂TiO2所呈现的较强光催化活性是由于其具有小的能带间隙（2.74 eV）、大的比表面积和高的电子-空穴对分离率．     

共掺杂金红石TiO2的电子结构和红外光谱研究

本文对大别山双河、碧溪岭地区硬玉石英岩中的金红石进行了Fourier变换红外光谱(FTIR)分析, 结果显示所有金红石颗粒分别在3280 cm^-1和3295 cm^-1 出现强的吸收峰. 基于前人提出H在金红石结构中以孔道中心(CC)和八面体共边(BOE)方式存在的两种模型, 本文采用第一性原理计算方法研究了掺杂(Al, H)和(Fe, H)时金红石相TiO₂的晶体结构和电子结构. 根据O—H键的振动频率和O—H…O键中O—O之间距离的经验关 关键词： 2')" href="#">金红石相TiO₂ 孔道中心 电子结构 第一性原理     

Sn掺杂的纳米TiO_2的拉曼散射

本文主要利用拉曼光谱研究一组在合成过程中掺入了不同浓度锡的纳米二氧化钛样品,确定其从锐钛矿结构到金红石型结构的转变,进而分析其金红石型结构的形成。拉曼光谱测试表明,晶型导向剂SnO2的引入促使金红石型TiO2在较低的反应温度下形成,高温合成条件的免除使我们获得了很好的纳米级的金红石型TiO2晶体。此晶体具有有趣的包覆型结构,金红石型TiO2纳米晶体内包含着同结构的SnO2籽晶。分析其成因,在结晶过程中,掺入的杂质原子Sn4+与O2-结合,先沉积出金红石型结构的SnO2作籽晶,金红石型结构的SnO2和同样结构的TiO2晶格常数十分接近,促使了TiO2在它表面外延生长,形成金红石结构的包覆纳米晶。     

飞秒强激光对二氧化钛金红石晶体相变的影响

该文章报道了利用显微激光拉曼光谱仪研究近红外飞秒强激光脉冲诱导二氧化钛金红石单晶所引起的相变.实验辐照时间为60s,当激光辐照平均功率增加时,锐钛矿相的拉曼振动模式强度增强,金红石相的拉曼振动模式强度减弱.通过金红石相和锐钛矿相粉体等拉曼光谱的实验,肯定了随着辐照激光功率的增大,.可以通过拉曼光谱中锐钛矿A1g B1g(515 cm-1)振动模式标志峰和金红石相Eg(445 cm-1)振动标志峰分别对应面积的比判断其相变量.     

薄膜沉积过程中TiO_2的金红石相向锐钛矿相转变

用ＲＦ磁控放电方法以纯金属钛做靶材在氩氧混合气体中制备了ＴｉＯ２薄膜,Ｒａｍａｎ光谱测量表明,在２Ｐａ工作气压下制备的ＴｉＯ２薄膜为锐钛矿结构,而在０２Ｐａ工作气压下制备的是金红石结构。工作气压的改变引起了ＴｉＯ２薄膜沉积中的相转变。     

C自掺杂TiO2纳米棒的制备与光催化性能研究

本文以TiC为前驱体和掺杂源,采用一步水热法合成了具有可见光吸收的C自掺杂金红石相TiO_2纳米棒.样品的结构、形貌、化学态和光学性质等可通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及紫外可见分光光度计(UV-vis)来表征.所合成的样品具有较强的光催化活性,可通过在可见光照射下降解有机染料罗丹明B(RhB)来验证.C自掺杂TiO_2所呈现的较强光催化活性是由于其具有小的能带间隙(2.74 eV)、大的比表面积和高的电子-空穴对分离率.     

Cucurbit[n]urils/CdS-MoS2的表征及可见光催化性能

为了降低CdS光生电子-空穴的复合对其光催化性能的影响,利用窄带隙半导体MoS₂和有机大分子瓜环(cucurbit[n]uril,Q[n])对CdS进行改性研究. 本文采用水热法合成了Q[n]/CdS-MoS₂\\(n=6,7,8)复合光催化剂. 利用FT-IR、XRD、XPS、SEM、UV-Vis和PL等手段对产物结构、形貌和光学等性质进行表征,并考察Q[n]/CdS-MoS₂复合催化剂对次甲基蓝、罗丹明B和结晶紫溶液的催化降解性能. 结果表明,瓜环对CdS-MoS₂颗粒生长结晶起到了调控作用,Q[n]/CdS-MoS₂(n=6,7,8)形成了具有花瓣状叶片的花团,催化剂表面积增大,活性位点增加,禁帯宽度减小,电子-空穴对得到了更好的分离和迁移. Q[6]/CdS-MoS₂和Q[7]/CdS-MoS₂对亚甲基蓝具有良好的光催化活性,催化过程为羟基自由基原理.     

不同晶相LaPO_4纳米棒对光催化性能的影响

稀土磷酸盐在光学材料、激光材料等许多领域有着广泛的利用,具有较大的开发前景。通过水热法制备出不同晶相的LaPO_4纳米棒,重点研究了其在光催化领域的应用,并对其结构以及紫外漫反射光谱进行了分析讨论。研究表明水热温度是影响其晶相的一个关键因素,120℃时为六方相,160℃时为六方与单斜混合相,而温度提高至180℃时为单斜相。不同晶相LaPO_4对紫外光吸收没有明显的区别,且各晶相下均为纳米棒结构。通过光催化降解亚甲基蓝(MB)来研究不同晶相LaPO_4光催化活性区别,发现单斜相的LaPO_4纳米棒具有更高的光催化活性。研究进一步发现,单斜相的LaPO_4纳米棒可促进荧光量子效率降低,提高了光生电子及空穴的分离效率,因而光催化降解MB活性较高。此外,利用活性物种捕获实验,确定了单斜相LaPO_4在光催化降解过程中起主要作用的活性物种为羟基自由基。     

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。     

First-principles study of the electronic and optical properties of the （Y,N）-codoped anatase TiO2 photocatalyst

First-principles plane-wave pseudopotential calculations are performed to study the geometrical structures,formation energies,and electronic and optical properties of Y-doped,N-doped,and(Y,N)-codoped TiO 2.The calculated results show that Y and N codoping leads to lattice distortion,easier separation of photogenerated electron-hole pairs and band gap narrowing.The optical absorption spectra indicate that an obvious red-shift occurs upon Y and N codoping,which enhances visible-light photocatalytic activity.