单斜与锐钛矿双晶相TiO2的水热法制备与机理探讨

以一种具有超强耐酸碱的表面活性剂-丁基封端脂肪醇聚氧乙烯醚作为晶型调节剂,利用钛酸丁酯和氢氧化钠的水热反应制备了双晶相(单斜相与锐钛矿相)TiO2,考察了丁基封端脂肪醇聚氧乙烯醚和钛酸丁酯的物质的量比R、反应时间、反应温度等因素对产物的晶相组成的影响,并对不同条件下的晶相转变机理进行了初步探讨。     

方形锐钛矿TiO2纳米晶的合成及表征

在不添加任何模板剂或形状控制剂的条件下,以TiCl₄为前体,经氨水沉淀、乙醇洗涤和超临界干燥(AS制备法)选择性地合成了方形锐钛矿TiO₂纳米单晶.热稳定性研究结果表明,当焙烧温度不超过650℃时,方形锐钛矿TiO₂纳米晶的表面积、孔容、晶粒/颗粒尺寸基本保持不变.XRD和拉曼光谱分析表明,方形锐钛矿TiO₂纳米晶在800℃下焙烧后仍能保持晶相不变,表现出很强的抗晶相转变能力.但在1000℃焙烧后,样品可以完全转变成金红石相TiO₂.     

S与Hf/Ta/W掺杂锐钛矿相TiO2电子结构和 光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理密度泛函理论,计算了S单掺及S和过渡金属X(Hf、Ta、W)共掺锐钛矿相TiO2后的电子结构和光学性质.计算结果表明,S单掺及S和X(Hf、Ta、W)共掺杂锐钛矿TiO2后,带隙变窄,表明掺杂后的体系导电性能增强,其中Ta、W与S共掺后,费米能级穿过导带,表现出n型半导体特征;光学性质结果表明:掺杂后各体系的吸收光谱吸收带边均发生红移,S-Ta共掺和S-W共掺体系红移程度最大,并且在可见光区域出现吸收峰,S-W共掺体系的吸收峰最大,说明了该体系的光催化功能较强.各掺杂体系的反射率主峰均向低能方向移动,共掺移动幅度更大,且S-W共掺体系的反射系数在可见光区最大.各共掺体系的静态折射率依次增大,其中S-Hf共掺体系静态折射率在各体系中最小.     

Sb掺杂纳米TiO2光催化剂的晶体结构与光催化性能

Nanoscale Sb doped titanium dioxide thin films photocatalyst (Ti1-xSbO2) were obtained from dip-coating sol-gel method. The influence of dopant Sb density on the crystal structure and the phase transformation of the thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD) and Raman spectra. The results of XRD showed that as-prepared films were not only in anatase state but also in brookite. The crystalline size was estimated to be around 13.3-20 nm. Raman spectra indicated there coexisted other phases and a transformation from brookite to anatase in the samples doped with 0.2% Sb. After doping a proper amount of Sb, the crystallization rate and the content of the anatase Ti1?xSbO2 in the thin films was clearly enhanced because Sb replaced part of the Ti of TiO2 in the thin films. The anode current density (photocurrent density) and the first order reaction speed constant (k) of thin films doped with 0.2% Sb reached 42.49 1A/cm2 and 0.171 h/cm2 under 254 nm UV illumination, respectively, which is about 11 times and 2 times that of the non-doped TiO2 anode prepared by the same method respectively.     

飞秒激光诱导二氧化钛金红石单晶相变的拉曼光谱研究

利用显微拉曼光谱仪研究了近红外飞秒激光脉冲诱导二氧化钛金红石单晶所引起的相变。实验发现当激光的平均功率为300 mW时,随着辐照时间的增加,金红石相的Eg模式强度增强,而A1g模式强度减弱,由此得出激光诱导晶体产生了色心;辐照时间为10 s时,锐钛矿相出现;并且随着辐照时间的增加,锐钛矿相的拉曼振动模式强度增强,金红石相的减弱。然而当辐照时间确定为1/63 s时,随着激光功率的增加,金红石Eg模式强度与A1g模式强度的比值增加,而没有锐钛矿相出现。     

N掺杂锐钛矿TiO2光学性能的第一性原理研究

用平面波赝势方法(PWP)计算了N掺杂锐钛矿型TiO₂前后的光学特性,即介电函数虚部ε₂(ω)，光学吸收系数I(ω)和反射率R(ω). 并从能带结构上解释了为什么掺N后锐钛矿型TiO₂的光学谱在2.93，3.56和3.97eV处相对掺杂前会出现3个峰值的原因. 从光谱图上分析得出，掺杂后TiO₂要发生红移现象，实验现象证实了这一结果. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 光学性能 第一性原理     

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. 关键词： N掺杂 2')" href="#">锐钛矿型TiO₂ 电子结构     

镧掺杂对锐钛矿TiO2电子结构与光催化活性影响的第一性原理研究

基于DFT+U方法,对镧掺杂锐钛矿TiO₂及其氧空缺的稳定性以及对电子结构、光催化性质的性质进行了第一性原理研究．计算结果表明掺杂浓度和位置对结构稳定性的影响机制符合鲍林规则;结合晶体场理论和结构形变以及态密度的分析发现镧掺杂对带隙的调制不是通过掺杂带的引入,而是由结构形变决定．吸收光谱的模拟结果显示通过镧掺杂会提高可见光的吸收效率,和实验结果吻合．对氧空缺的后续研究表明氧空缺的存在会增强镧掺杂锐钛矿TiO₂的稳定性,提高其光催化活性．     

Interaction of Photoactive[Fe（CN）6]4^- with TiO2 Anatase（101） Surface： A Periodic Density Functional Theory Study

The plane-wave pseudopotential function method,based on density-functional theory,has been used to calculate the adsorption,electronic band structures,orbitals and optical absorption spectrum of [Fe(CN)6]4-on TiO2 anatase(101) surface. Our calculations reveal that the surface-modified anatase system has large adsorption energy and a much narrower band gap. [Fe(CN)6]4-adsorption on the (101) surface could lead to a large red shift of the anatase optical absorption threshold,which extends into a visible region significantly. The calculated results are in agreement with the experiment and other theoretical studies reasonably. It is very important for the understanding and further development of photovoltaic materials that are active under visible light.     

稀土元素(Ce/Nd/Eu/Gd)与N共掺锐钛矿相TiO_2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理对锐钛矿相TiO_2、稀土元素Ce、Nd、Eu、Gd单掺锐钛矿相TiO_2,以及这四种稀土元素与N共掺锐钛矿相TiO_2前后的几何结构、能带结构、态密度以及光学性质进行了计算.结果表明:四种稀土元素单掺后导致锐钛矿TiO_2晶胞膨胀,晶格发生畸变,禁带宽度变小,而其与N共掺后晶格畸变的程度小于单掺体系,且共掺体系的禁带宽度也减小.在光学性质中,单掺体系和共掺体系的光吸收带边都发生了红移,在可见光区的吸收系数增加,且共掺体系比单掺体系增加程度大,整体有效提高了TiO_2的光催化效率.