TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变

以钛酸丁酯和季铵盐改性有机蒙脱石为原料,采用原位水解法和原位脱羟法制备了TiO2/蒙脱石纳米复合物。采用X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)表征了不同焙烧温度下TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的结构相变,并与不同焙烧温度下纯TiO2的结构相变进行对比。结果发现TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2从锐钛矿相开始转变为金红石的最低温度要比纯TiO2从锐钛矿开始相转变为金红石的最低温度高200℃,且在焙烧温度1 200℃时还存在锐钛矿相,而纯TiO2在焙烧温度800℃时就全部转换为金红石相。TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2和纯TiO2的平均晶粒度都随焙烧温度升高而增大,但TiO2/蒙脱石纳米复合物中TiO2的平均晶粒度要小于相同温度下焙烧纯TiO2的平均晶粒度。表明蒙脱石结构层的硅氧结构抑制了TiO2晶型由锐钛矿相向金红石相的转变,进而使相变温度升高,同时阻碍了晶体的生长。     

GGA+U方法研究不同浓度Cr掺杂对TiO2的磁性和光学性质的影响

本文采用基于第一性原理的GGA+U方法,计算研究了本征态锐钛矿TiO2和不同浓度Cr掺杂锐钛矿TiO2(1/8、1/16、1/32)的电子结构、磁性及光学性质。计算结果表明：所有掺杂体系中Ti0.9375Cr0.0625O2的结合能最小,因此Ti0.9375Cr0.0625O2体系的稳定性要高于Ti0.875Cr0.125O2、Ti0.96875Cr0.03125O2体系;Cr元素的掺入导致掺杂后体系发生晶格畸变,这有利于光生空穴和电子对的分离,提高其光催化性能;同时,由于Cr-3d和O-2p电子相互作用,使得掺杂体系呈现出铁磁性质,并且随着掺杂浓度的增加会使体系具有更好的铁磁性质;掺杂体系与本征TiO2相比,掺杂后吸收带边均发生红移,光谱响应范围变大;并且随掺杂浓度的增加,光响应范围也在增大,从而有效增强了体系对于可见光的吸收能力。     

TiO2 Nanoparticles Produced by Electric-Discharge-Nanofluid-Process as Photoelectrode of DSSC

利用自制TiO₂纳米粒子研究敏化染敏太阳能电池. 使用自制的旋转涂布加热平台装置将产出的TiO₂粒子均匀的涂布在ITO导电玻璃上形成薄膜,浸泡于N-719 染料中12小时以上作为DSSCs的光电极 元件,最后完成染料敏化太阳能电池的系统组装并进行光电转换效率测量. 实验结果表明,放电过程产出的TiO₂纳米粒子具有锐钛矿晶相,粒径尺寸可控制在20～70 nm,粒子表面电位约为-30 mV,是稳定的纳米悬浮夜. 添加0.5 mL 的Triton X-100在导电玻璃表面上,利用的旋转涂布加热到22 oC可以制得厚度均匀缜密的薄膜结构,不但粒子不受到热处理效应与介面活性剂的影响而发生晶相改变,并且薄膜也有良好的染料吸附效果. 较厚二氧化钛薄膜的光电极会提升敏化染敏太阳能电池的效率. 实验结果得知,以15 μm的二氧化钛薄膜组装DSSCs测得最高效率2.15%,但是当薄膜厚度超过15 μm 则会导致开路电压与充填因子逐渐下降,光电转换效率变差.     

表面非金属掺杂对锐钛矿相TiO2(101) 面吸附NH3特性的影响

采用基于密度泛函理论(DFT-D)体系下的第一性原理平面波超软赝势方法,研究了被不同非金属（B、C、N、F）掺杂的TiO2(101)表面吸附NH3的特性与作用机理。研究发现：被非金属掺杂后的表面对NH3的吸附效果要优于未掺杂表面。不同元素掺杂对比发现：C掺杂后的表面吸附能最大,稳定后吸附距离最小,为最稳定吸附结构。通过Mulliken电荷分布和分态密度的分析,得到了不同吸附条件下NH3在TiO2掺杂表面的催化氧化还原作用机理,并发现各模型吸附能的不同是由于掺杂（X）位原子与NH3分子的相互作用强弱不同所造成。掺杂原子在费米面附近的电子态密度贡献越强,掺杂原子与NH3分子电荷转移的净值越小,吸附距离越小,吸附能越大,吸附更稳定。     

水热法制备锐钛矿相TiO2纳米晶

以四乙基氢氧化铵(TENOH)为胶溶剂和钛酸丁酯(TNB)为前驱体,采用水热法制得了一系列TiO2纳米晶.运用XRD、TEM和DLS等表征手段阐明了纳米晶粒子定向聚集-原位晶化的形成过程,探索出制备高性能粉体的温度和试剂比.研究表明,TENOH/Ti摩尔比为0.25时,则可得到分散性和成形性俱佳的二氧化钛晶体;温度对制备粉体的微观性质也有一定影响.本制备过程简便易控,在光催化水处理等领域具有很好的研究价值和潜在的应用前景.