碳和钇共掺杂对混相TiO2光催化性能的影响

TiO2因其毒性低、稳定性高、制备成本低廉而获得广泛应用,特别是作为光催化剂在降解环境污染物方面受到了广泛关注;然而,纯TiO2较大的光生载流子复合率和较宽的带隙限制了其应用.元素掺杂作为一种拓宽光催化剂光吸收能力的方法广泛应用于各种光催化剂的修饰改性,而两种具有光催化性能的TiO2相共存则能有效抑制光生载流子的复合,因此采取合适的方法有效利用这两种TiO2改性的方法制备得到更具实际应用潜质的光催化剂具有一定的可行性.本文通过简单的溶胶-凝胶过程向锐钛矿相与金红石相组成的混相TiO2中共掺杂碳和钇得到了一种活性较高的可见光响应光催化剂.采用粉末X射线衍射、拉曼光谱、X射线光电子能谱和透射电镜等表征手段研究了碳和钇掺杂对TiO2结构的影响,发现碳掺杂有利于金红石相的形成且材料具有更大的晶粒尺寸,钇掺杂则有利于锐钛矿相的形成且能细化材料的晶粒尺寸,提高材料的比表面积,导致材料更好的光催化活性.材料在30 W荧光灯光照条件下的光催化降解亚甲基蓝(MB)性能的研究显示,C-Y-TiO2样品具有比单掺杂和未掺杂样品更高的光催化活性,其顺序为C-Y-TiO2>Y-TiO2>C-TiO2>TiO2≈P25.此外,降解反应动力学研究表明C-Y-TiO2样品光降解MB的速率是未掺杂样品在相同条件下降解速率的3.5倍.不同钇掺杂含量样品的结构和光催化降解MB的研究结果表明,钇掺杂显著促进了锐钛矿相TiO2的形成.这说明钇可能仅掺杂进入锐钛矿相,因此合适的钇掺杂量才能有效形成最优化的光催化性能的混相TiO2.不同热处理温度下获得的样品的光降解MB特性也表明,一定的热处理温度有利于合适的锐钛矿相和金红石相的组成,从而有利于相间的协同效应.紫外-可见光谱和荧光光谱表征分析表明,碳和钇的掺杂都拓展了其吸收光谱到可见光区域,且抑制了光生电子和空穴对的复合,进而提高了材料的光催化活性.碳和钇共掺杂的混相TiO2具有较高可见光光催化活性的主要原因有两个方面:一是元素掺杂减小了TiO2的带隙使得材料具有可见光响应;二是金属和非金属元素在锐钛矿相与金红石相TiO2中不同的掺杂特性形成的协同效应,抑制了光生电子和空穴的复合.     

First-principles study on anatase TiO2 codoped with nitrogen and praseodymium

The crystal structures, electronic structures and optical properties of nitrogen or/and praseodymium doped anatase TiO₂ were calculated by first principles with the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on density functional theory. Highly efficient visible-light-induced nitrogen or/and praseodymium doped anatase TiO₂ nanocrystal photocatalyst were synthesized by a microwave chemical method. The calculated results show that the photocatalytic activity of TiO₂ can be enhanced by N doping or Pr doping, and can be further enhanced by N+Pr codoping. The band gap change of the codoping TiO₂ is more obvious than that of the single ion doping, which results in the red shift of the optical absorption edges. The results are of great significance for the understanding and further development of visible-light response high activity modified TiO₂ photocatalyst. The photocatalytic activity of the samples for methyl blue degradation was investigated under the irradiation of fluorescent light. The experimental results show that the codoping TiO₂ photocatalytic activity is obviously higher than that of the single ion doping. The experimental results accord with the calculated results.     

氮铁共掺锐钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N,Fe共掺杂TiO₂的晶体结构、电子结构和光学性质.研究表明,N,Fe共掺杂TiO₂的晶格体积、原子间的键长及原子的电荷量发生变化,导致晶体中产生八面体偶极矩,并因此光生电子-空穴对有效分离,提高TiO₂的光催化活性;N,Fe共掺杂同时在导带底和价带顶形成了杂质能级,使TiO₂的禁带宽度变窄,光吸收带边红移到可见光区,这些杂质能级可以降低光生载流子的复合概率,提高Ti     

单轴取向分子在垂悬液滴界面上的Raman图像理论分析

提出并建立了表面单分子膜在垂悬液滴面上的Ｒａｍａｎ图像取向的确定方法。对具有单以向性的分子，推导出全部Ｒａｎａｍ散射活性矩阵元，计算并给制了Ｒａｍａｎ图像的光强分布以及确定分子取向的偏振光强比分布。     

几种铁基非晶合金激波诱导晶化中的若干奇异物理效应研究

应用x射线衍射、透射电子显微镜和差示扫描量热实验技术，研究了FeCuNbBSi，FeBSi，FeMoBSi几种铁基非晶合金的激波诱导晶化.研究结果表明：非晶态合金激波诱导晶化中存在若干应用传统长程扩散相变理论难以解释的奇异物理效应.用非晶态合金激波流化晶化可以很好地解释激波诱导非晶晶化中的各种奇异物理效应. 关键词： 激波晶化 非晶态合金 激波流化 流体扩散     

稀土Sm掺杂对纳米TiO2结构和可见光催化性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了纯TiO2和稀土Sm掺杂TiO2纳米粉体( Sm-TiO2),通过XRD、XPS、FT-IR、UV-Vis-DRS、PL和Nano-sizer纳米粒度仪等对样品进行表征,以亚甲基蓝( MB)的光催化降解为探针反应,探讨稀土Sm掺杂对纳米TiO2的结构和可见光催化性能的影响。结果表明,Sm掺入TiO2后在表面存在Sm3+和Sm2+两种价态, Sm掺杂抑制了TiO2从锐钛矿向金红石的相转变,阻碍纳米晶粒生长,增加了纳米粉体表面羟基含量;适量的Sm掺杂能使TiO2吸收光谱的阈值波长红移,有效降低光生e-/h+的复合率,提高TiO2光催化活性。热处理温度500℃时,掺杂1.0wt;Sm的纳米TiO2样品在普通日光灯下对MB在6 h内的光催化降解效率达97;,明显高于同等条件下Degussa公司产品P25的降解率56;。     

TiO2薄膜光学性质的研究

以磁控溅射制备的TiO2薄膜为样品,通过对薄膜折射率、吸收系数、膜厚度与入射光波长相互关系的分析。获得了TiO2薄膜的折射率、吸收系数与入射光波长的关系式。以及TiO2薄膜厚度的计算公式．     

Mn,N共掺杂对锐钛矿相TiO2微观结构和性能的影响

采用第一性原理平面波超软赝势方法,系统研究了Mn,N共掺杂对锐钛矿相TiO₂的晶体结构、缺陷形成能、电子结构、光学性质以及氧化还原能力的影响.研究表明:Mn,N共掺杂锐钛矿相TiO₂后,TiO₂晶格发生了畸变,导致晶体八面体偶极矩增加,有利于光生电子-空穴对的有效分离;在TiO₂带隙中出现了杂质能级,使锐钛矿相TiO₂的光学吸收带边红移,可见光区的吸收系数明显增大,有利于光催化效率的提高;在不考虑 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ 第一性原理 Mn和N共掺杂 光催化性能