(Nb,N)共掺杂锐钛矿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受到越来越多的关注.本研究采用密度泛函理论的第一性原理和广义梯度近似+U方法,对锐钛矿结构TiO₂晶体三种可能的（Nb,N）共掺杂TiO₂的几何结构、形成能、能带结构、电子密度和光吸收系数进行了研究,并与单掺杂（Nb/N）体系进行了对比.对掺杂后体系的几何结构进行的计算表明杂质原子掺入后晶格发生了不同程度的畸变.此外,（Nb,N）共掺杂体系与纯TiO₂相比,其禁带宽度和吸收边较小.同时,与N掺杂TiO₂相比,N的2p态在共掺杂情形下变为完全占据,从而减少了电子空穴对的复合.而且共掺杂体系的形成能比N单掺杂体系低,因而更加稳定.因此,（Nb,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.     

TiO2纳米粒子制备方法对其光催化活性的影响

分别用胶溶法、金属醇盐水解法和低温水解法制备了TiO2纳米粒子;采用XRD和BET技术,测试了TiO2粒子的粒径、晶型及表面积。以庚烷的气相光催化氧化为探针反应,考察了不同方法、不同温度处理的TiO2粒子的光催化活性。结果表明,以胶溶法和金属醇盐水解法制备的TiO2粒子,随焙烧温度的增加TiO2粒子长大,晶型由锐钛矿向金红石型转变,光催化活性降低。用低温水解法,可在低温下制得金红石型TiO2粒子,但其催化活性很低。说明由原料和制备方法所决定的TiO2粒子的物理化学性质,影响其光催化行为。锐钛矿型TiO2粒子催化活性较金红石型TiO2好。这是由于前者的表面羟基含量较高且带隙能较大的缘故。     

锐钛矿型纳米氧化钛及其复合材料的低温制备技术

探索低温合成高催化活性纳米TiO2及其复合材料的有效方法,突破传统的高温煅烧法制备锐钛矿相纳米TiO2光催化剂带来的局限,已成为该领域研究的热点问题。本文综述了近年来低温合成锐钛矿型纳米TiO2光催化剂的研究进展,讨论了目前所报道的各种方法（胶溶－相转移法、衍生溶胶－凝胶法、水热法、超声水解法、微波照射法、微乳液法和低温直接氧化法）的原理、操作步骤、反应进程以及优缺点。针对纳米TiO2晶体用作光催化剂时固有的缺陷,即量子效率低且无法利用可见光,进一步评述了离子掺杂、贵金属沉积以及半导体复合等纳米TiO2复合材料的低温制备技术,展望了该领域今后的发展方向和研究重点。     

Preparation and Raman Spectrum of Rutile Single Crystals Using Floating Zone Method

With anatase-type titanium dioxide as the raw materials, the futile type titanium dioxide single crystal is prepared using the floating zone method. The results of XRD measurement show that the grown crystal is highly crystalline with a futile structure, which has orientation to the c-axis. The four Raman vibration characteristic peaks （143, 240, 450 and 610 cm^-1） at room temperature show that the crystalline structure of the single crystal is a typical futile phase, meanwhile a new Raman peak at around 690 cm^-1 is found. The results of the Raman measurement at various temperatures for the single crystal show that the Raman frequency shifts are different.     

光催化活性TiO2薄膜的低温制备

在低温下,将基材浸渍在含配合物,F－离子捕获剂H3BO3,及加有结晶诱导剂锐钛矿TiO2纳米晶的过饱和水溶液中,在基材上沉积锐钛矿型TiO2薄膜.研究了水溶液的浓度、反应物和H3BO3的摩尔比、沉积时间、反应温度等对沉积TiO2薄膜的结构和性能的影响.并用UV Vis、XRD和SEM等对TiO2薄膜的透明性、厚度、物相和形貌等进行了表征.用亚甲蓝的光催化降解,评价了TiO2薄膜的光催化活性.     

锐钛矿光催化降解苯酚:氟离子吸附的影响大于磷酸根

已知氟离子和磷酸根能加快锐钛矿和P25 TiO₂光催化降解苯酚等有机物，但作用机理仍存在争议.合成了不含无机阴离子的锐钛矿，并在其表面沉积0.52 wt% Pt（Pt/TiO₂）.在初始pH 5.2的水溶液中，99%的氟离子和磷酸根分别为F^-和H₂PO₄^-.加入0.1～30 mmol/L阴离子，苯酚的光催化降解速率常数（k_obs）都增大，证实了氟离子和磷酸根均具有正效应.有趣的是，k_obs增加倍数均与阴离子吸附量呈线性关系，其中氟离子的斜率大于磷酸根，而Pt/TiO₂的斜率大于TiO₂.这表明阴离子的正效应源于吸附于固体表面的阴离子，并且氟离子的活性大于磷酸根.（光）电化学测试表明，氟离子和磷酸根分别抑制和促进O₂还原，但它们都促进苯酚氧化.此外，氟离子和磷酸根分别使TiO₂平带电位移动-159 mV和89 mV.前者有利于TiO₂价带与苯酚发生轨道重叠，后者有利于TiO₂导带分别与O₂发生轨道重叠，进而加快界面电荷转移.由于阴离子广泛存在，该结果将有助于半导体光催化的机理研究及其环境应用.     

PET表面锐钛矿-板钛矿相TiO2薄膜的制备及表征

利用改进的溶胶-凝胶法在经表面改性的PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)表面制备得到TiO2薄膜. 利用X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)、UV-Vis 透光率曲线、接触角测试仪等测试手段对TiO2样品的性能进行表征.结果表明, PET表面过渡层的引入有效地改善了有机基底与无机薄膜之间的界面相容性, 在其表面形成透明、均一、附着力良好且具有光催化活性的TiO2薄膜.通过控制实验过程, 在低温下成功制备了不同锐钛矿/板钛矿比的TiO2薄膜,同时发现适量板钛矿相的存在能有效提高薄膜的光致亲水性.     

添加吐温40合成钛硅分子筛TS-1

 以自制的四丙基氢氧化铵（TPAOH）水溶液为模板剂，采用在水热晶化合成体系中添加少量非离子表面活性剂——吐温40的方法,合成了钛硅分子筛TS-1，可以明显减少TPAOH的用量，而且在一天之内，即可得到纳米尺寸的TS-1。运用XRD、TEM、BET、FT-IR及UV-Vis等表征手段考察了TS-1的结构及物理性能，并以丙烯环氧化为探针反应，考察其催化性能，得到的结果表明，用这种方法合成的TS-1样品具有较高的结晶度和较大的比表面积，晶貌呈均匀的立方体状，颗粒尺寸在100 nm左右，并且样品中含有极少量锐钛矿型TiO2，其催化丙烯环氧化反应性能较好。     

锐钛矿型TiO2表面吸附甲醛的密度泛函理论研究

应用密度泛函理论优化了锐钛矿型TiO2（001）,（110）和（100）晶面结构,发现（001）晶面能量最低.通过对甲醛吸附到（001）面的6种初始猜测方式的几何优化,发现从甲醛H—C—O侧面吸附方式为最稳定的吸附方式,吸附能最大,发生了化学吸附.吸附后甲醛中C—H键增长,键变弱,C—O键缩短,键增强.甲醛中C原子与邻...