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     

铁和铈共掺杂二氧化钛中的协同效应

利用X射线衍射、拉曼光谱、紫外-可见漫反射光谱和X射线光电子能谱研究了铁和铈对TiO2的共掺杂．当利用溶胶-凝胶法进行单独掺杂时,铁离子可以进入锐钛矿TiO2骨架,但铈离子却不能进入TiO2骨架;当铁和铈共掺杂时,铁离子和铈离子可以同时进入TiO2骨架．铁-铈共掺杂的TiO2表面羟基浓度要远高于单独掺杂或者纯的TiO2．第一次观察到过渡金属离子共掺杂进入TiO2骨架的协同效应．     

CdS改性TiO2光催化剂的制备及结构

在半导体光催化剂中，TiO2具有光催化活性高、无毒和抗光腐蚀性好等优点，但纯TiO2光催化剂直接利用太阳光进行光催化氧化的效率较低，而利用贵金属元素和稀土元素等在TiO2中进行掺杂改性时，改性光催化反应必须在高压汞灯或紫外灯下进行，不符合节能原则。     

铁掺杂TiO2/膨润土光催化剂的制备及表征

以溶胶-凝胶法制备了过渡金属铁掺杂的Fe-TiO2/膨润土复合光催化剂,通过XRD、FTIR技术对该系列催化剂的结构进行了表征,并以亚甲基蓝染料废水为模型,考察了紫外光和日光下铁掺杂量对催化剂性能的影响。结果表明,催化剂中有锐钛矿型TiO2生成,铁掺杂TiO2进入了膨润土的蒙脱石层间,改变了蒙脱石层间的有序性,生成了Ti—O—Si键,实现了TiO2粒子与膨润土的复合;适量Fe3+的掺杂降低了TiO2粒子的粒径,并且部分Fe3+还可能进入了TiO2的晶格,形成了缺陷位,拓宽了TiO2的光谱利用范围,提高了光催化活性。     

Si掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究

为了研究Si掺杂对锐钛矿TiO2的电子蛄构和光催化性能的影响,利用基于第一性原理的密度泛函理论计算了纯TiO2及Si掺杂TiO2的杂质形成能、能带结构及态密度.研究蛄果表明,Si的掺杂位置与制备条件有关,富钛和富氧条件下,Si最容易代替TiO2中Ti的位置.几何优化后Si掺杂TiO2超晶胞的晶格参数和晶胞体积都发生一定...     

锐钛矿TiO2及其掺Fe所导致的红移现象研究：赝势计算和紫外光谱实验

采用平面波超软赝势方法研究了锐钛矿型TiO2及Fe掺杂TiO2的晶体结构和能带结构，计算表明Fe掺杂导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄，从而导致吸收光谱红移.研究发现，t2g态在红移现象中起了重要作用.紫外透射光谱实验证实了TiO2掺Fe后吸收光谱红移和禁带变窄的理论预言. 关键词： 密度泛函理论 TiO2 Fe掺杂 红移     

Zr掺杂TiO_2薄膜的光学性能和光催化性能

为了研究TiO2禁带宽度和光吸收系数对其光催化性能的影响,利用电子束沉积方法在玻璃基底上制备了TiO2薄膜及Zr掺杂TiO2薄膜。采用拉曼光谱仪和分光光度计对膜的结构和吸收光谱进行了表征。研究结果表明:当退火温度为773K时,沉积得到的TiO2薄膜为锐钛矿结构薄膜;掺杂使TiO2禁带宽度变窄,吸收波长红移,在350~450nm附近光吸收系数增大,增强了TiO2的光催化活性。     

Co,N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

二氧化钛(TiO2)作为一种性能优良的光催化剂已经被广泛地研究和使用. 本研究中利用了第一性原理和GGA+U方法, 对锐钛矿结构TiO2晶体三种可能的(Co,N)共掺杂体系的几何结构、形成能、电子结构和光吸收系数进行了研究, 并与单掺杂(Co/N)体系进行了对比. 结果表明, 在三种共掺杂TiO2中, Co与N相邻时晶格畸变最小, 但掺杂原子周围晶格畸变较大;同时, 较低的形成能表明此种共掺杂结构最容易形成;此外, 因为Co与N成键, 其杂质能级的数目与能量较其他共掺杂结构有较大差异. (Co,N)共掺杂体系与未掺杂TiO2的相比, 其禁带宽度较小, 禁带中存在杂质能级, 因此其吸收边红移, 在可见光波段有较好的光吸收能力. 故(Co,N)共掺杂可以很好地提升锐钛矿型TiO2在可见光波段的光催化性能.     

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。     

第一性原理研究掺杂及未掺杂(TiO2)3团簇的电子性质

为了研究金属掺杂团簇时带隙的变化趋势，本文用Cr, Mo, V, Nb四种元素掺杂 (TiO2)3团簇，并用密度泛函理论下的广义梯度近似（GGA）方法计算。不同掺杂位置的结果表明最好的掺杂位置是3-配位的钛位置。所有掺杂后(TiO2)3团簇的HOMO-LUMO带隙都要比未掺杂时要小，对应高能区态密度峰值左移0.1eV；HOMO的电子云分布主要占据了氧原子的位置，当掺杂团簇被激发时，电子从末端氧原子位置跃迁到掺杂原子。此外，我们进一步的计算表明Cr和Mo是降低(TiO2)3团簇带隙较好的掺杂元素。为了进一步的研究掺杂(TiO2)3团簇的性质以及它在光催化，清洁能源等方面的应用，还需要我们进行实验和理论相结合的研究。     

(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的电负性原理研究

采用电负性原理,构建合理的红外光谱模型,对TiO2红外光谱的振动频率与元素电负性之间的各种经验关系进行探究.采用溶胶-凝胶法制备(Fe,N)共掺杂TiO2,利用X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)对样品的物相和红外光谱进行了表征.XRD物相分析表明当煅烧温度为600 ℃时,TiO2样品中的无定形结构己基本转化为锐钛矿型结构.随着煅烧温度升高,TiO2的X射线衍射峰逐渐由宽变窄,衍射强度由弱变强.当煅烧温度为700 ℃时,锐钛矿型的衍射峰基本消失,取而代之的是金红石相的衍射峰,但TiO2的主晶相并没有发生改变.红外光谱分析表明(Fe,N)共掺杂TiO2在650~500 cm-1区间有一个较宽的吸收峰.电负性模拟计算了(Fe,N)共掺杂TiO2红外光谱的伸缩振动频率,获得了Fe、N掺杂的位置、分子结构和键价特征:首先计算出约化质量μ,然后按照经典力学伸缩力常数k与频率V之间满足的关系,结合力常数与电负性关系、键级的计算方法,计算了基本单元都是氧八面体的掺杂金红石、锐钛矿TiO2的分子振动频率.结果表明:通过电负性理论计算的(Fe,N)共掺杂的TiO2的红外光谱与实验测量的红外光谱的伸缩振动频率比较吻合.     

镍锰共掺杂TiO2的制备及其光催化性能研究

采用溶胶-凝胶的方法,镍、锰离子在钛酸丁酯[Ti(OBu)4]水解的条件下掺杂到TiO2中,合成了不同摩尔比的镍、锰离子共掺杂的TiO2光催化剂.通过光催化降解甲基橙实验,对所制备光催化剂的光催化活性进行了考察.结果表明掺杂后的TiO2光催化剂在可见光下对甲基橙能有效地降解,表现出了较好的光催化活性,当镍、锰离子掺杂量...     

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。     

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.     

Cu/N表面沉积共掺杂TiO_2光催化剂作用机理的理论研究

本文采用基于周期性密度泛函理论研究了Cu/N表面沉积共掺杂对锐钛矿相TiO2(001)面的修饰作用.计算了Cu在不同位置掺杂TiO2(101)面和(001)面的形成能,并在此基础上计算N不同位置掺杂TiO2(001)面及Cu/TiO2(001)面的形成能,通过形成能的比较获得了表面共掺杂的最优化结构.在此基础上计算了最稳定结构的能带结构及态密度,并与S单掺杂TiO2(001)面最稳定结构进行了对比.通过对结果的分析发现:Cu/N在(001)表面的沉积共掺杂有效降低了TiO2的禁带宽度,并在表面形成CuO2相,更利于提高其光催化活性.     

C掺杂TiO薄膜的制备及其第一性原理研究

TiO在微电子结构器件中有重要的应用前景. 本文以CO₂作反应气体, 采用直流反应磁控溅射方法成功制备出C掺杂TiO薄膜. 采用XRD, XPS和四探针电阻计对薄膜结构、成分和电阻率进行表征. 在实验结果的基础之上建立起TiO和C掺杂TiO的计算模型并采用第一性原理 方法计算其能带结构和电子态密度. 实验结果表明薄膜相结构为面心立方的岩盐结构, C取代O的阴离子掺杂为主要掺杂方式, 薄膜电阻率为52.2 μΩ·cm. 第一性原理计算结果表明, 费米能级穿过TiO的导带, TiO具有金属性导电的能带结构特征; C掺杂TiO 后, 其金属性导电的能带结构没有改变, 只是在费米面附近出现C 2p态提供的杂质能级, 杂质能级扩展了TiO的导带宽度并提高了费米面附近的电子能态密度, 从而导至TiO电导增加, 电阻率降低. 第一性原理计算结果与实验结果一致. 关键词： C掺杂TiO 直流反应磁控溅射 第一性原理 电子结构     

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。     

纳米二氧化钛的制备及Eu3＋掺杂发光研究

以钛酸四丁酯为前驱物,采用溶胶-凝胶法制备了四种不同配方Eu3+掺杂的TiO2纳米晶.利用扫描电镜（SEM)、EDS能谱、光致发光光谱对样品的形貌、成份及性能进行了表征.研究了退火温度、稀土Eu3+离子掺杂摩尔分数、溶剂乙醇量等对发光性能的影响,并对其发光机理进行了探讨.结果表明:稀土Eu3+掺杂TiO2纳米晶样品,掺杂均匀、颗粒大约在30~80 nm|从EDS能谱分析可得Ti:O原子个数比并不是按化学计量TiO2满足1:2,这是因为在TiO2中形成的是Ti-O-Ti键,Eu3+离子很可能取代了Ti4+离子,同时又形成了氧空位,表明稀土Eu3+离子进入TiO2晶格中|样品的主发射峰在614 nm(5D0→7F2)处发光最强,且在593 nm(5D0→7F1)处出现了属于磁偶极跃迁的发射峰,制备Eu3+∶TiO2纳米晶的组分、退火温度、溶剂乙醇的量不同,发射光谱的强度也不同.     

N掺杂锐钛矿TiO2电子结构的第一性原理研究

为了研究N掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构的影响,进而揭示N掺杂导致锐钛矿型TiO2的禁带宽度变小的机理,对N掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在N掺杂后,N原子与Ti原子在导带区,发生了强烈的相互关联作用,致使Ti原子3d轨道上的电子向N原子2p轨道发生移动,使得导带降低了,从而使得TiO2导带的禁带宽度变小.理论预测可以发生红移现象,与实验结果对比分析,理论与实验基本相符.     

Sb掺杂纳米TiO2光催化剂的晶体结构与光催化性能

用溶胶-凝胶法将纳米TiO2:Sb薄膜沉积在玻璃基板上．通过XRD、Raman光谱研究了Sb掺杂量对薄膜的晶体结构和晶相转变的影响．结果表明:纯TiO2薄膜中,TiO2不仅以无定型态存在,而且还以板钛矿和锐钛矿的形式存在．掺入适量的Sb后,由于Sb替代了TiO2的部分Ti形成Sb-O-Ti结构,改变了TiO2的晶格结构,改善了薄膜的结晶效率,使锐钛矿结构的TiO2:Sb含量明显提高．掺杂0．2％Sb时,薄膜的结晶效率最高．254 nm光源照射时,掺杂0．2％Sb的电极的阳极光电流密度可达42．49μA／cm2,是用同种方法制备的纯TiO2薄膜电极的近11倍;对亚甲基蓝具有最高分解性能,其一级反应速率常数为0．171 h／cm2,是未掺杂的纯TiO2薄膜的近2倍．