Co离子掺杂金红石TiO2晶体的正电子湮没

室温稀磁半导体是自旋电子器件研究的关键途径,但其室温铁磁性的内禀性及其起源的研究有争议。正电子湮没谱学方法(PAS)是研究材料缺陷的重要实验手段。为了建立缺陷结构与材料铁磁性之间的相互关系,用离子注入法制备了注入剂量不同的Co离子掺杂金红石TiO2晶体薄膜,在北京慢正电子束流装置上以不同的入射电子能量测量了样品的正电子湮没多普勒展宽能谱(DBS)和正电子符合多普勒展宽谱(CDB),分析样品的缺陷浓度和缺陷类型。DBS谱的S参数和W参数分析表明,Co离子的注入使样品出现了新的湮没机制。CDB谱的商谱分析说明,Co离子注入TiO2晶体后产生了Ti-Co-VO型和Ti-VO型氧空位复合体,样品中空位浓度随Co离子注入剂量有所增加,它是由氧空位周围过剩的Ti原子的3d电子所引起。

二维纳米片金红石TiO2的可控合成及光催化性能

采用水热法,低温条件下合成了二维纳米片状的金红石二氧化钛(TiO2)半导体材料,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和表面光电压谱(SPV)研究了反应过程中HCl浓度对TiO2材料的晶相、结晶性、形貌、粒径和光电性能等性质的影响。结果表明,HCl浓度为3、5、7 mol/L时分别合成了微球、纳米片和纳米棒状的金红石TiO2;上述3种形貌的金红石TiO2均显示了高于采用焙烧法得到的金红石TiO2的光催化降解罗丹明B活性;与微球和纳米棒结构相比,纳米片金红石TiO2具有更加优异的光催化性能。SPV结果表明,纳米片金红石TiO2具有更高的光生电荷分离和迁移效率。

金红石TiO2纳米团簇与铀酰相互作用的相对论密度泛函理论计算

采用全电子相对论密度泛函理论方法探索金红石型Ti O_2纳米团簇与铀酰的相互作用。考察金红石团簇模型(包括层数和表面积大小)变化对吸附铀形成复合物结构、吸附作用能等性质的影响,确定2层、表面积为1.1 nm×0.6 nm、包括63个原子的纳米团簇(标记为2L-Ti15)能够合理描述金红石纳米粒子性质的同时,还能节约计算资源。对2L-Ti15-[(UO_2)(H_2O)_3]^(2+)复合物计算表明,纳米团簇和铀酰存在共价键作用;优化得到U-O_(surf)键长0.233~0.238 nm,这一距离在已发现铀酰基配合物U-O距离范围内。在气相条件下,纳米团簇对铀酰吸附反应为放热过程(-3.02 e V);考虑溶剂介质环境的影响,反应则需要吸收少许能量(0.16e V)。U-O_(surf)键的能量分解发现,纳米团簇和铀酰的化学键作用为轨道相互作用主导的(占94%),它的静电吸引略大于Pauli排斥。基于电子密度的QTAIM(quantum theory of atoms in molecule)分析揭示,U-O_(surf)作用是介于离子和共价之间的配位键,其强度高于复合物中的U-OH_2键作用,但比U=O键弱。波函数分析表明,来自纳米团簇的O(2p)贡献HOMO轨道,并混有σ(U=O)成键性质,而LUMO轨道则为Ti(3d)修饰的U(5f)性质,复合物HOMO-LUMO带隙为2.40 e V,相对吸附前的纳米团簇半导体粒子的3.35 e V变窄。从吸收光谱角度而言,复合物体系可能在可见光区域具有更强的捕光性能。

Al3＋掺杂金红石TiO2结构计算模拟、制备与电特性研究

分别采用分子动力学方法和溶胶-凝胶法,计算模拟与制备了替位式掺杂金红石Al 3+/TiO2,并采用X射线衍射和阻抗谱对其晶型及电性质进行表征。结果表明,Al 3+掺杂浓度达到2.6%(摩尔分数)时,仍保持金红石相;Al 3+掺杂浓度为2.1%(摩尔分数)时,晶体具有结构高对称性、较大的氧离子扩散系数和较高的离子电导率。

TiCl4-AlCl3水解制备金红石TiO2对Cr（Ⅵ）吸附研究

为研究金红石TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附,利用TiCl4-AlCl3水解制备球形的金红石TiO2颗粒.在金红石TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附实验中,研究了时间、pH和Cr(Ⅵ)初始浓度对吸附的影响.利用伪一级、二级动力学模型和Webber-Morris模型对吸附动力学数据进行分析,并计算吸附过程的△G^0,探究该吸附过程的机理.结果表明:金红石TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附平衡时间约为30 min,适宜的吸附pH值为5,平衡吸附容量随Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而增加,当Cr(Ⅵ)浓度为800 mg/L时,吸附容量达到24.38 mg/g.吸附动力学更符合伪二级动力学模型,△G^θ的计算值为-5.679 kJ/mol,表明吸附过程为自发的化学反应过程. Webber-Morris模型拟合结果表明,金红石TiO2对Cr(Ⅵ)的吸附主要以颗粒表面吸附为主.

磷掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

TiO2作为一种光催化材料,具有广阔的应用领域。近几年,利用掺杂改性来改善TiO2光催化性已成为当今研究的热点。本文采用第一性原理方法和超晶胞模型计算了磷元素掺杂金红石相TiO2的电子结构,并分析了三种不同掺杂位置的电子结构对TiO2光催化性能的影响。计算结果表明,P置换O和P在晶格间隙位置的掺杂对TiO2的带隙影响比较明显,在带隙中均形成了中间掺杂能级,都有可能使TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收,但P在晶格间隙位置的掺杂所形成的中间掺杂能级比较平稳,有可能改善TiO2光催化性能,其中磷原子的3p态起了重要作用。

钽掺杂金红石TiO2电子结构的第一性原理研究

采用第一性原理中的CASTEP模块计算了金红石相TiO2掺杂过渡金属钽元素的能带结构以及态密度。计算结果表明，Ta原子替换Ti原子后，Ta的5d轨道对TiO2的导带影响较明显，且使TiO2的带隙宽度减小，这样有可能使金红石TiO2吸收带出现红移现象或产生在可见光区的吸收，其中Ta原子的t2g态起了重要作用。

金红石相TiO_2-石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

以鳞片石墨为原料,用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以异丙醇钛为钛源经一步水热法制备得到金红石相TiO_2-石墨烯复合材料(rGO-TiO_2),考察了氧化石墨烯用量对复合材料光催化性能的影响.采用X射线衍射(XRD),比表面积(BET),透射电镜(TEM),扫描电镜(SEM),拉曼光谱,紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱和荧光光谱(PL)等测试手段对复合材料进行表征.结果表明:复合材料中TiO_2为针簇状结构的金红石相,与石墨烯能够均匀复合;与纯金红石相TiO_2相比,复合材料具有较大的比表面积.研究了该复合材料在紫外光F对罗丹明B以及可见光下对甲基橙光降解效果.当氧化石墨烯浓度为0.5 mg·mL^(-1)时,制备得到的复合材料rGO-TiO_2具有较好的光催化效果.

甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯的光降解考察金红石TiO_2颜料紫外屏蔽特性

以甲苯-2,4-二氨基甲酸甲酯(2,4-TDC)为分子探针模型,构建了一种新的评价金红石二氧化钛颜料紫外屏蔽性能的反应体系,系统地考察了反应条件对分子探针光降解的影响,并对一系列二氧化钛颜料紫外屏蔽性能进行了对比研究。结果表明,金红石二氧化钛作用下,2,4-TDC光降解过程符合一级反应动力学;随着二氧化钛颜料用量的增加,2,4-TDC光降解速率常数呈现指数次下降趋势;紫外光照下表面包覆的金红石二氧化钛颜料不能完全抑制·OH和h+活性物种的产生。根据2,4-TDC的光降解速率常数,能体现一系列工业金红石二氧化钛颜料紫外屏蔽性能差异。该方法具有条件温和、操作简便、实验周期短、结果重现性好等优点,将在二氧化钛颜料的紫外屏蔽性能测试中具有潜在的应用价值。

掺Fe金红石TiO_2的制备及其可见光催化活性的评价研究

为提高金红石型TiO2的可见光吸收性能和光催化活性,以FeC2O4为Fe源,用浸渍法制备了掺铁金红石TiO2光催化剂。采用XRD、UV-Vis等手段对催化剂进行表征;以阿特拉津为目标污染物,在Vis/H2O2条件下对其催化活性进行了评估。结果表明,Fe以Fe2O3的形式负载在金红石型TiO2的表面;掺铁后金红石型TiO2显著拓宽了其可见光的吸收范围;煅烧温度为400℃时制得的光催化剂Fe-R-400℃的粒径结构和光催化活性最好。以Fe质量分数为1%的Fe-R-400℃作为光催化剂,控制反应体系的初始pH=3,催化剂投加质量浓度为1 g/L,H2O2初始浓度为1 mmol/L,经可见光照射反应15 min后,对初始质量浓度为10 mg/L的阿特拉津的去除率可达95.7%。催化剂循环试验表明,Fe在金红石TiO2表面负载比较牢固,催化剂具有较好的稳定性和重复使用性能。

金红石TiO_2(011)表面的理论研究进展

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理(First-principles)计算方法,就金红石TiO_2(011)表面在理论方面的研究进展做了介绍.首先,通过阐述研究金红石TiO_2(011)表面的必要性和实验在其结构方面的研究进展,介绍了金红石TiO_2(011)表面的电子结构和光学性质,指出并验证了该表面对可见光有较强的响应能力.随后,介绍了金红石TiO_2(011)表面的缺陷和杂质,指出吸附H原子和形成O缺陷后还能显著增强其在红外区的红外吸收.在此基础上,不仅从理论上提供了一些传统实验所无法提及的数据资料,还弥补了相关实验在微观领域研究中的不足.最后,就目前金红石TiO_2(011)表面研究中存在的问题做了展望,指出金红石TiO_2(011)表面各种表面现象的微观本质是未来研究的重点内容.

金红石相Fe^(3+)/TiO_2结构与磁特性分子动力学模拟

结合共价作用与量子修正,采用分子动力学方法,模拟计算了300 K常压下金红石相Fe3+/TiO2晶体结构及能量参数.结果表明,当掺杂量达5.7 mol%时,晶胞参数a与晶胞体积明显增大,八面体共棱部分消失,(110)晶面中的阴离子精细结构逐渐消失,阴离子均方位移与体系能量也明显增大.此外,结构畸变易形成氧空位桥基团(Fe3+-[F心]-Ti4+),而使体系呈铁磁性,随掺杂量增加,该基团取向变化而易形成反铁磁性,所获得的模拟结果与磁特性与实验结果基本一致.

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E<2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.

稀土掺杂金红石相TiO_2的第一性原理的定性计算

稀土掺杂金红石相TiO2的禁带宽度(带隙)是影响其吸收波长的主要因素,其决定TiO2的光催化活性.利用第一性原理密度泛函理论(Ab initioDFT)得出17种稀土掺杂金红石相TiO2的能态密度(DOS),结果表明:除Lu、Y、Yb和Sc四种稀土增大金红石相TiO2带隙外,其余13种稀土均很大程度地降低金红石相TiO2的带隙.因此,稀土掺杂金红石相TiO2具有广阔的研究前景.

静电纺丝技术制备金红石型TiO_2多孔空心纳米纤维

采用静电纺丝技术,以钛酸丁酯[Ti(OC4H9)4]、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和无水乙醇为原料,成功地制备出了金红石型TiO2多孔空心纳米纤维。用TEM、SEM、XRD等分析手段对多孔空心纳米纤维进行了表征。结果表明,所得产物为单相金红石型TiO2多孔空心纳米纤维,平均外径300nm,平均内径54nm,长度>100μm。对TiO2多孔空心纳米纤维的形成机制进行了讨论。该技术可以用来制备其它无机氧化物多孔空心纳米纤维。

金红石型纳米TiO_2用于重防腐涂料耐候性的研究

对金红石型纳米TiO2用于防腐涂料耐候抗老化性能进行了研究。用不同配比的纳米TiO2制备的纳米复合涂料,能有效阻止基体树脂的氧化,延长涂料使用寿命,提高涂料防腐性能,而且改性能力与纳米粉体的加入量呈一定比例关系。纳米TiO2吸收光谱表明,TiO2在200～400nm紫外光区能吸收95%以上的紫外光。

多元酸修饰剂对水热法制备金红石型TiO_2纳米棒的影响

采用偏钛酸和浓硫酸为原料制备TiOSO4溶液,采用碳酸钠水解,多元酸为表面修饰剂,进行了粒径可控的金红石型TiO2纳米棒的水热合成研究。并用X射线粉末衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制得的样品进行表征。结果表明:多元酸修饰剂的加入对TiO2纳米棒的尺寸大小及尺寸分布影响很大,并对修饰剂的作用机理进行了讨论,修饰剂的位阻效应、羧基的络合作用及TiO2微晶表面的疏水性对TiO2纳米棒的大小和分布起着重要作用。

金红石型TiO_2机械力化学变化XRD研究

采用X 射线衍射仪研究了高能球磨金红石型TiO2 机械力化学变化 ,并解释了机械力活化的内在机制。研究表明 :随着粉磨的进行 ,金红石型TiO2 的晶粒大小D减少、显微应变ε增加 ,有效温度系数增加 ,晶格无序化程度增强。晶粒大小D和显微应变ε成ε =17 4 98D- 0 5571 的逆变关系变化。机械力化学效应具有阶段性 ,采用晶粒尺寸、有效温度系数。

金红石型TiO_2催化臭氧氧化硝基苯的研究

采用溶胶凝胶法制备金红石型纳米级TiO2,通过XRD证明试验所制TiO2为纳米级的100%金红石型。试验结果表明,自制TiO2具有良好的催化臭氧氧化硝基苯的能力,且反应过程遵循羟基自由基氧化机理。

用金红石型纳米TiO_2改善粉末涂料耐光老化性能

以金红石型纳米TiO2为抗紫外光老化添加剂改性聚酯粉末涂料,采用TEM、XRD等测试手段表征纳米TiO2的性能特征,并用UV-Vis分析金红石型纳米TiO2、锐钛型纳米TiO2以及普通金红石型钛白粉的紫外-可见光特征谱。探讨了纳米TiO2屏蔽紫外线的机理,并用高压紫外汞灯人工加速聚酯粉末涂料的光老化降解,对比分析了未改性聚酯粉末涂料、金红石型纳米TiO2改性聚酯粉末涂料以及有机紫外吸收剂改性聚酯粉末涂料的光泽度变化和色差变化。研究结果表明,纳米TiO2能够使聚酯粉末涂料的抗紫外光老化性能得到较大幅度改善,并能赋予聚酯粉末涂料优异的耐候性能和延长产品的户外使用寿命。