Ti(SO_4)_2水解-水热法制备锐钛型纳米TiO_2及其光催化性能

以Ti(SO4)2水溶液为原料,在水热条件下直接水解合成了锐钛型纳米TiO2颗粒。利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、BET低温吸附和紫外-可见光谱(UV-Vis)等方法对产物进行了表征,并研究了样品光催化降解甲基橙(MO)的性能。结果表明所制得纳米TiO2颗粒为锐钛矿型,晶型良好,平均粒径为24 nm,BET比表面积约为56.20 m2.g-1。光催化活性与商品纳米TiO2(P25)相近,具有良好的工业应用前景。     

First-principle study on optical properties of N-La-codoped anatase TiO

The electronic structures, deformation charge density, dipole moment, and optical properties of N-La-codoped anatase titanium dioxide (TiO2) are studied using the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory (DFT). The optical properties of two-ion-doped TiO2 are analyzed via electronic structures, deformation charge density, and dipole moment. For the model of N-La-doped TiO2 , a smaller atom fraction of N and La atoms induces better optical properties. The absorption edges of two doped TiO2 models redshift to the visible-light region.     

锐钛矿(TiO2)半导体的氧空位浓度对导电性能影响的第一性原理计算

基于低温重氧空位锐钛矿半导体的态密度计算,在同等条件下研究取不同大小模型的锐钛矿做适量浓度的氧空位存在,分别对进入导带的相对平均电子数和氧空位类杂质的散射迁移率进行计算,之后对电导率进行类比,发现锐钛矿半导体的导电性能对适量浓度低的氧空位有利可行得到了证明.同时,低温重氧空位的条件下,锐钛矿半导体的电导率不仅与氧空位浓度有关,而且和进入导带的平均电子数有关,和氧空位散射的电子迁移率有关的正确结论. 关键词： 锐钛矿半导体 氧空位浓度 电导率 第一性原理计算     

S掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构与光催化性能的影响

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究了掺杂不同价态S的锐钛矿相TiO₂的晶体结构、杂质形成能、电子结构及光学性质.计算结果表明硫在掺杂体系中的存在形态与实验中的制备条件有关;掺杂后晶格发生畸变、原子间的键长及原子的电荷量也发生了变化,导致晶体中的八面体偶极矩增大; S 3p态与O 2p态、Ti 3d态杂化而使导带位置下移、价带位置上移及价带宽化,从而导致TiO₂的禁带宽度变窄、光吸收曲线红移到可见光区.这些结果很好地解释了S掺杂锐钛矿相TiO₂在可见光下具有优良的光催化性能的内在原因.根据计算结果分析比较了硫以不同离子价态掺杂对锐钛矿相TiO₂电子结构和光催化性能影响的差别. 关键词： 2')" href="#">锐钛矿相TiO₂ S掺杂 第一性原理 光催化性能     

高氧空位简并锐钛矿TiO2半导体电子寿命的第一性原理研究

为了研究锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度对电子寿命的影响,利用基于局域密度泛函理论框架下的广义梯度近似平面波超软赝势方法, 用第一性原理对含高氧空位浓度的锐钛矿TiO₂晶体进行了结构优化处理、能带分布和态密度分布计算, 表明在温度一定和高氧空位浓度的条件下, 锐钛矿TiO₂的电子寿命随氧空位浓度的增大而减小;电子浓度的大小对电子寿命无影响.同时,锐钛矿TiO₂晶体中高氧空位浓度时,发现有莫特相变的现象. 关键词： 高氧空位 2半导体')" href="#">锐钛矿TiO₂半导体 电子寿命 第一性原理     

纳米晶锐钛矿相TiO2的非简谐效应和声子局域

对晶粒尺寸为19.4,8.6和5.6 nm的纳米晶锐钛矿相TiO2,进行了从83到723 K的变温拉曼散射测量,并对Eg(1)模式进行了详细研究.根据非简谐效应和声子局域模型,对Eg(1)拉曼峰进行了拟合与计算.结果表明,以上三种纳米晶粒的晶格振动机理,在本质上是相同的.三声子过程对频率蓝移起主要作用.为了得到很好的拟合,需要同时考虑三声子和四声子过程.随着温度的升高,四声子过程增强,并对三声子过程起抵消作用.与非简谐衰减相关的声子寿命随着晶粒尺寸的减小而增加,晶粒尺寸越小衰减越慢.在低温区,声子局域是导致5.6 nm晶粒的声子寿命非常短的原因.声子局域引起Eg(1)模式在高波数段非对称展宽和频率蓝移,其对Eg(1)峰展宽的影响要大于对峰位移动的影响.     

分子氧在锐钛矿型TiO2表面的光助吸附和光助脱附

本文采用真空-质谱技术研究了紫外线照射下分子氧在锐钛矿型TiO₂表面的吸附和脱附机理。氧光助吸附后,锐钛矿表面成为活化表面。活化表面的O₂^-(分子氧在锐钛矿表面的吸附态)在1.33×10^-3Pa的真空中,在能量大于锐钛矿禁带宽度2.9eV的紫外线照射下成为分子氧脱附,氧脱附后的表面在无紫外线照射的氧气氛中对分子氧有吸附作用,该O₂^-饱和吸附量大于相同氧压下紫外线照射下O₂的饱和吸附量。在氧压和光强度相同的条件下,O₂^-吸附量与表面羟基化程度呈线性关系。     

Ce和O空位共掺杂TiO_2的电子结构与光学性质

采用基于密度泛函理论加U的计算方法,研究了Ce和O空位单(共)掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构和光吸收性质.计算结果表明,Ce和O空位共掺杂TiO_2的带隙中出现了杂质能级,且带隙窄化为2.67 eV,明显比纯TiO_2和Ce,O空位单掺杂TiO_2的要小,因而可提高TiO_2对可见光的响应能力,使TiO_2的光吸收范围增加.光吸收谱显示,掺杂后TiO_2的光吸收边发生了显著红移;在400.0—677.1 nm的可见光区,共掺杂体系的光吸收强度显著高于纯TiO_2和Ce单掺杂TiO_2,而略低于O空位单掺杂TiO_2.此外,Ce掺杂TiO_2中引入O空位后,TiO_2的导带边从-0.27 eV变化为-0.32 eV,这表明TiO_2的导带边的还原能力得到了加强.计算结果为Ce和O空位共掺杂TiO_2在可见光光解水方面的进一步研究提供了有力的理论依据.     

锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)表面还原型缺陷对乙醛偶联反应的作用

本文利用程序升温脱附技术(TPD)研究了乙醛吸附在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面的化学性质. 实验结果表明完整晶格位点对乙醛反应表现极为惰性,而表面上的还原型缺陷位点在热驱动下可有效地使乙醛分子通过碳-碳偶联反应生成2-丁酮和丁烯. 提出了乙醛在锐钛矿型TiO₂(001)-(1×4)表面偶联反应主要是通过表面还原型缺陷位吸附成对的乙醛分子,因为表面已有的钛原子对还原型缺陷为乙醛分子提供了合适的吸附位点.     

锐钛矿二氧化钛纳米颗粒水热结晶过程研究

以钛酸四丁酯(TBOT)为钛源,氨水为矿化剂,在水热条件下,反应结晶制备锐钛矿TiO2纳米颗粒.并对锐钛矿TiO2进行X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)表征,分析其物相组成及形貌.结果表明,反应时间是锐钛矿TiO2形成和生长控制的关键因素.利用JMA方程对锐钛矿TiO2结晶生长进行动力学分析.结果表明,随着钛源浓度增加,Avrami指数n逐渐变大.