与粉煤灰耦合增强碳掺杂TiO_2的可见光催化氧化能力（英文）

半导体光催化技术是利用太阳能消除有机污染物的最佳解决方案之一.二氧化钛(TiO_2)是在该领域应用最广泛的光催化剂,具有无毒、廉价、抗光致腐蚀等优异性能.然而,纯TiO_2在可见光下的光催化活性较差,这限制了TiO_2光催化技术的进一步发展和实际应用.对此,学者们进行了多方面研究来拓展TiO_2对可见光的吸收范围并提升其光催化活性.研究表明,对TiO_2进行碳掺杂是拓展其光吸收范围和增强其可见光催化活性的有效方法.粉煤灰是燃煤电厂原煤燃烧产生的一种固体废物.粉煤灰的随意堆积和不适当处置可导致土壤、空气、水甚至生态系统的严重污染.因此,粉煤灰的回收利用引起了许多研究者的关注.事实上,粉煤灰有其自身独特的优点,如无毒、低成本和化学/物理稳定性等.这些性质使得粉煤灰可以作为一种很有前景的催化剂载体材料.最近,很多学者以粉煤灰为载体合成了多种TiO_2/粉煤灰复合光催化剂,并对所制备催化剂的结构、性质及其光催化性能进行了研究.但是,将碳掺杂TiO_2与粉煤灰进行耦合的研究一直未见报道,而且关于粉煤灰载体对TiO_2光催化活性的促进机理,特别是粉煤灰负载对TiO_2能带结构及其光催化活性的影响仍缺乏深入和系统的研究.本文采用简单的溶胶浸渍+炭化的方法制备了碳掺杂TiO_2/粉煤灰载体(C-TiO_2/FAS)复合光催化剂.其中的碳掺杂组分源于合成过程中加入的有机成分(钛酸四丁酯、乙酸和乙醇),在负载及炭化过程中这些有机组分同步进入TiO_2体相及表面形成碳掺杂.采用多种表征方法对所制备的光催化剂进行了表征. XRD, SEM和XPS表征结果表明, C-TiO_2组分很好地包覆在粉煤灰球形颗粒表面.XPS和ATR-FTIR表征结果表明,随着C-TiO_2与FAS的耦合,C-TiO_2表面原有的羧基螯合结构被破坏,并在其界面上形成了Si–O–C和Al–O–Ti键.UV-VisDRS和VB-XPS表征结果表明,碳掺杂缩减了TiO_2的禁带宽度,显著拓展了光吸收范围.Si–O–C和Al–O–Ti键的存在引起了C-TiO_2价带边的正向移动,意味着光生空穴氧化能力增强.稳态PL及时间分辨PL表征结果表明, C-TiO_2/FAS光生载流子的复合率较低.在可见光催化活性测试中, C-TiO_2/FAS对甲基橙展示出较高的光催化降解效率,这主要是由于C-TiO_2/FAS较低的价带位置增强了光生空穴的氧化能力,进而提高了催化剂对甲基橙的降解效率.自由基捕获实验结果表明,在降解过程中光生空穴及超氧自由基是关键活性物种.此外,C-TiO_2/FAS可以很方便地通过自然沉降进行固液分离,并表现出很好的重复利用降解活性.     

SinH/SinH-(n=3～8)的结构和电子亲合能的研究

选用四种不同的密度泛函理论方法(B3LYP，B3P86，BLYP，BP86)，在全电子的双ξ加极化加弥散函数基组(DZP )下，对SinH／SinH^-(n=3～8)体系进行研究，获得它们的基态结构和电子亲合能。预测Si3H／Si3H^-,Si4H／Si4H^-,Si5H／Si5H^-,Si6H／Si6H^-，Si7H／Si7H^-和Si8H／Si8H^-的基态结构分别为C2v(^2B2)／C2v(1^A1)氢桥结构，Cs(^2A’)／C(^1A’)，C2v(^2B2)／C2v(^1A1)，C2v(^2B2或^2B1)／C4v(^1A1)，C5v(^2A1)／C5v(^1A1)和C5(^2A‘‘)／C3v(^1A1)。在电子亲合能方面，B3LYP方法预测的电子亲合能是最可靠的，预测Si3H，Si4H，Si5H，Si6H，Si7H和Si8H的电子亲合能分别为2．56，2．59，2．84，2．86，3．19和3．14eV。     

铁小檗碱化合物结构的密度泛函理论研究

本工作采用密度泛函理论(B3LYP)方法对铁小檗碱化合物的中性分子及离子进行了结构优化和频率计算.结果表明:无论是中性分子还是离子,铁小檗碱物化合物基态结构都是小檗碱基态结构中的与N原子相邻的C10原子上键合一个Fe原子形成的.其阳离子结构具有C_1对称性和~3A电子态;中性分子的基态结构具有C_1对称性和2A电子态;阴离子的基态结构具有C1对称性和5A电子态.当铁小檗碱物化合物的阳离子得到一个电子后,C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所变短;当中性分子得到一个电子变成阴离子后,C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所增加.     

可见光响应SO2－4／Ce-TiO2的光谱特征及催化性能

采用溶胶‐凝胶法制备了Ce掺杂 T iO2,经 H2 SO4处理得到酸化Ce掺杂 T iO2。利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、吡啶吸附红外光谱（Py‐FTIR）、紫外‐可见光漫反射光谱（UV‐Vis）及X射线光电子能谱（XPS）技术对样品的性质进行了表征,以罗丹明B（RhB）在样品上的可见光催化降解为模型反应,评价了所制备样品的光催化性能。XRD测试结果表明,铈掺杂使 TiO2产生晶格缺陷、粒径减小,有利于光生电荷的转移,继而提高催化剂的活性;FTIR谱图说明SO2－4以桥式双齿配位吸附形式存在;Py‐FTIR谱图显示,酸化铈掺杂TiO2样品表面同时存在Br?nsted和Lewis酸位,但以Lewis酸为主。Lewis酸中心的缺电子性质有利于样品表面的光生电子与光生空穴分离,从而改善催化剂的活性;UV‐Vis结果表明,Ce掺杂减小了TiO2的带隙能,引入的杂能级能够捕获导带上的光生电子和价带上的光生空穴,降低光生电子‐空穴对的复合几率;同时还可以使能量较小的光子激发杂能级上捕获的电子,拓宽光响应范围;XPS分析表明SO2－4／Ce‐TiO2样品上同时存在Ce3＋／Ce4＋的混合价态,Ce3＋／Ce4＋氧化‐还原转换有助于TiO2受光激发后产生的光生电子和空穴的分离,从而提高光量子效率。酸化Ce掺杂TiO2对RhB的可见光催化降解反应有很好的活性,实验结果证明,H2 SO4酸化和Ce掺杂的协同作用改善了样品的可见光响应,促进了其可见光催化反应活性。     

CuSin 与CuSi-n（n=4~10）团簇电子结构和光学性质的理论研究

基于密度泛函的B3LYP/6-311+G (d)方法研究基态结构CuSin(n=4~10)和 CuSin阴离子团簇的电子结构和紫外吸收谱。计算结果表明：(1)中性CuSin 团簇的带隙要比阴离子团簇的带隙要小,说明阴离子团簇比中性的要稳定;(2)阴离子CuSi5团簇要比相邻的其他团簇稳定;(3)紫外吸收谱可看出中性 CuSin团簇属弱吸收而阴离子则表现出很强的吸收。对阴离子来说,随着硅原子的增加有红移现象发生。     

Probing Structure,Thermochemistry, Electron Affinity and Magnetic Moment of Dysprosium-doped Silicon Clusters DySi_n(n = 3～10) and Their Anions with Double-hybrid Density Functional Theory

The equilibrium geometries, electronic structures and electronic properties including adiabatic electron affinity(AEA), vertical detachment energy(VDE), simulated photoelectron spectroscopy, HOMO-LUMO gap, charge transfer, and magnetic moment for DySi_n(n = 3~10) clusters and their anions were systematically investigated by using the ABCluster global search technique combined with the B3 LYP and B2 PLYP density functional methods. The results showed that the lowest energy structure of neutral DySi_n(n = 3~10) can be regarded as substituting a Si atom of the ground state structure of Si_(n+1) with a Dy atom. For anions, the extra electron effect on the structure is significant. Starting from n = 6, the lowest energy structures of DySi_n~?(n = 3~10) differ from those of neutral. The ground state is quintuplet electronic state for DySi_n(n = 3~10) excluding DySi_4 and DySi_9, which is a septet electronic state. For anions, the ground state is a sextuplet electronic state. The reliable AEA and VDE of DySi_n(n = 3~10) are reported. Analyses of HOMO-LUMO gaps indicated that doping Dy atom to silicon clusters can improve significantly their photochemical reactivity, especially for DySi_9. Analyses of NPA revealed that the 4 f electrons of Dy in DySi_4, DySi_9, and DySi_n~? with n = 4 and 6~10 participate in bonding. That is, DySi_nbelongs to the AB type. The 4 f electrons of Dy atom provide substantially the total magnetic moments for DySi_n and their anions. The dissociation energies of Ln(Ln = Pr, Sm, Eu, Gd, Ho, and Dy) fromLn Sin and their anions were evaluated to examine the relative stabilities.     

Si_n/Si_n~-(n=2-6)的结构和电子亲合能的密度泛函理论研究

选用四种不同的密度泛函理论方法(B3LYP,BLYP,BP86,B3P86),在全电子的双ζ加极化加弥散函数基组(DZP++)下,研究Sin/Si-n (n=2 -6 )体系的结构和电子亲合能.预测Si2 /Si-2 ,Si3 /Si-3 ,Si4 /Si-4 ,Si5 /Si-5 和Si6 /Si-6 的基态结构分别为C∞h(3Σ-g ) /C∞h(2Σ+g ),D3h(3A′2 ) /C2υ(2A1 ),D2h(1Ag) /D2h(2B2g),D3h(1A′1 ) /D3h(2A″2 )和C2υ(1A1 ) /D4h(2A2u).在电子亲合能方面,B3LYP方法预测的电子亲合能是最可靠的.预测Si2,Si3,Si4,Si5和Si6的电子亲合能分别为 2. 05, 2. 34, 2. 16, 2. 48和 2. 13eV.     

乙酸修饰Ag/TiO_2复合光催化剂的制备及协同催化性能

利用光化学还原法制备了Ag/TiO_2,然后通过乙酸浸渍制备了HAc-Ag/TiO_2复合光催化剂.利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段表征了催化剂的性质.以降解水溶液中的甲基橙(MO)为探针反应,考察了催化剂在可见光下的光催化性能.结果表明,乙酸对TiO_2的修饰在TiO_2禁带中产生了"带尾",使TiO_2的禁带宽度发生了显著的缩减;Ag纳米粒子和乙酸共同修饰的HAc-Ag/TiO_2样品具有更窄的禁带宽度和更正的价带顶位置;Ag和乙酸的协同作用使HAc-Ag/TiO_2具有良好的可见光催化活性:可见光照射2 h后,甲基橙在HAc-Ag/TiO_2上的降解率接近100%.     

铁小檗碱化合物结构的密度泛函理论研究

本工作采用密度泛函理论（B3LYP） 方法对铁小檗碱化合物的中性分子及离子进行了结构优化和频率计算。结果表明:无论是中性分子还是离子，铁小檗碱物化合物基态结构都是小檗碱基态结构中的与N原子相邻的C10原子上键合一个Fe原子形成的。其阳离子结构具有C1对称性和3A电子态；中性分子的基态结构具有C1对称性和2A电子态；阴离子的基态结构具有C1对称性和5A电子态。当铁小檗碱物化合物的阳离子得到一个电子后，C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所变短；当中性分子得到一个电子变成阴离子后，C(10)-Fe(26)及Fe(26)-H(44)的键长都有所增加。