基于DFT+U理论的SF_(6)分子与TiO_(2)(001)表面吸附研究

SF_(6)气体具有极强的温室效应,针对SF_(6)废气降解和转化的研究对环境保护具有重要意义。为此基于DFT+U理论,研究了SF_(6)分子在TiO_(2)(001)缺陷表面的吸附分解过程。结果表明,SF_(6)分子与TiO_(2)表面之间存在着很强的相互作用,吸附能达到-5.280 eV,推测这是一个化学吸附过程。根据Mulliken电荷分析,电子从Ti O2表面转移到SF_(6)气体分子,在此过程中,SF_(6)表现为电子受体,TiO_(2)表现为电子供体。根据态密度结果分析,SF_(6)分子的S原子和F原子与TiO_(2)表面的Ti原子和O原子之间存在明显的电子轨道重叠。除此之外,差分电荷密度结果也证实了这一电荷转移过程。吸附前后,SF_(6)的分子结构发生了显著变化,S—F键的拉长使得SF_(6)分子更易发生分解。研究表明,Ti O2具有催化降解SF_(6)绝缘气体的潜力,该研究为高效无害化处理SF_(6)气体的实验研究提供了理论支撑。

基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器

全无机无铅双钙钛矿材料(Cs_(2)AgBiBr_(6))具有载流子寿命长、稳定性高和禁带宽度适中等优点,近年来在光电探测器的应用研究上受到广泛关注.本文通过将水热法生长的TiO_(2)纳米柱阵列嵌入到Cs_(2)AgBiBr_(6)层中形成紧密的核壳结构,增大两者的物理接触面积,提高光电探测器电子注入与电荷分离的效率.此外,TiO_(2)纳米柱阵列还可以有效减小光在器件表面的反射损耗,增强Cs_(2)AgBiBr_(6)薄膜的光捕获能力.实验结果表明,基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器在365 nm及405 nm多个波长均能激发高光响应且有良好稳定性和重复性,所得平均开关比分别为522和2090,以0.056 W/cm^(2)固定光强激发,响应度分别为0.019 A/W和0.057 A/W,比探测率分别为1.9×10^(10)Jones和5.6×10^(10)Jones.相比于传统TiO_(2)薄膜型Cs_(2)AgBiBr_(6)光电探测器,平均开关比分别提升65倍和110倍,响应度分别提升35%和256%,比探测率分别提升6.9倍和25倍.上述结果表明,基于TiO_(2)纳米柱的多波段响应Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿光电探测器可为提高光电器件的效率提供参考方案.

Bi_(2)WO_(6)-N-TiO_(2)纳米管电极的制备及性能分析

采用水热法与低温等离子体法制备了Bi_(2)WO_(6)-N-TiO_(2)纳米管电极,对其进行SEM、EDS、XRD、UV-VIS-DRS、CV和I-t等手段表征,并应用于环丙沙星抗生素废水的降解。结果表明,Bi_(2)WO_(6)纳米片成功的负载到TiO_(2)纳米管电极表面,Bi_(2)WO_(6)和N的共同改性显著增强了TiO_(2)对可见光的吸收。电化学分析结果表明经过改性后的TiO_(2)纳米管电极具有优异的光电转换性能,光电流密度约是改性前的5~9倍。Bi_(2)WO_(6)-N-TiO_(2)纳米管电极对环丙沙星污染物的降解过程遵循一级动力学反应方程,其中0.8 mmol Bi_(2)WO_(6)-N-TiO_(2)纳米管电极的降解速率最高,可以达到0.00683 min^(-1)。

Bi_(2)WO_(6)/La_(2)WO_(6)/TiO_(2)的制备、表征及光催化活性

采用水热法将五水合硝酸铋和二水合钨酸钠结合制备出钨酸铋催化剂,然后加入硝酸镧及钛酸丁酯,利用水热法、凝胶溶胶法制备出Bi_(2)WO_(6)/La_(2)WO_(6)/TiO_(2)催化剂。采用X射线衍射、红外光谱、紫外-可见漫反射光谱进行催化剂表征;以罗丹明B作为污染物,在氙灯的辐射下,探究其光催化活性和最优制备条件。催化剂表征结果表明:Bi_(2)WO_(6)/La_(2)WO_(6)/TiO_(2)催化剂的结晶度和峰强度良好,纯Bi_(2)WO_(6)和Bi_(2)WO_(6)/La_(2)WO_(6)/TiO_(2)的红外谱图的特征峰大致相近,Bi_(2)WO_(6)/La_(2)WO_(6)/TiO_(2)催化剂禁带宽度为1.36 eV,小于Bi_(2)WO_(6)的禁带宽度(1.64 eV)。光催化活性实验结果表明:Bi_(2)WO_(6)∶La(NO_(3))_(3)·6H_(2)O摩尔比为1∶4.2,反应时间为12 h,煅烧温度为120℃,光催化剂的活性最好。当催化剂投加量为0.1 g,罗丹明B初始浓度为50 mg/L时,光催化条件最优,光催化180 min,降解率可达到95%。

氧八面体扭转及其对CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)介电性能影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理超软赝势平面波方法,通过调整氧原子的位置使TiO_(6)八面体扭转,对比了氧八面体扭转前后CaCu_(3)Ti_(4)O_(12)(CCTO)的成键状况、能带结构、原子态密度及光频介电函数等性能参数的变化,发现Ti-O-Ti键扭转方向的变化对各原子的电荷、键长和布居几乎没有影响,但扭转角度的改变发挥了关键性作用。随着Ti-O-Ti键夹角的增大,Cu的电荷量增加,Cu—O键键长增大,布居数减小,同时介电常数显著增大,表明Cu—O键刚性约束被打破后有助于CCTO光频介电常数的增加。研究揭示了TiO_(6)八面体的扭转对CCTO宏观介电性能的影响,为基于微结构调控优化CCTO的介电性能提供了新思路。

MWNTs/Bi_(2)WO_(6)-TiO_(2)光催化降解土霉素的性能及机理

土霉素(OTC)是抗生素类废水去除的主要目标污染物之一。通过水热法合成了一种可见光响应良好的新型复合光催化剂———MWNTs/Bi_(2)WO_(6)-TiO_(2),采用OTC模拟废水进行光催化降解性能及机理研究。结果表明,在反应温度为25℃时,投加0.8 g/L的MWNTs/Bi_(2)WO_(6)-TiO_(2),光催化初始pH值为6、200 mL质量浓度为50 mg/L的OTC溶液120 min,降解率可达到83.97%,复合催化剂的可见光照射催化效果明显优于紫外光。复合光催化材料显示了良好的稳定性,经过4次循环使用,对OTC的降解率达72.13%,仍保持较高的光催化活性。·OH、·O-2是光催化降解中主要的活性物质。以上研究结果可为含抗生素的废水处理研究提供参考。

The Enhanced Electrons and Holes Separation for Bi_(2)MoO_(6)/Ag/TiO_(2)Z-scheme Heterojunction by Ag Loading

The Bi_(2)MoO_(6)/TiO_(2)and Bi_(2)MoO_(6)/Ag/TiO_(2)composites were solvothermally synthesized and characterized by X-ray diffraction(XRD),X-ray photoelectron spectroscopy(XPS),and(high resolution)transmission electron microscopy((HR)TEM).The Bi_(2)MoO_(6)/TiO_(2)and Bi_(2)MoO_(6)/Ag/TiO_(2)composites exhibited higher photocatalytic activity than pure Bi_(2)MoO_(6).100%of the Rh B dye molecules could be decomposed over Bi_(2)MoO_(6)/Ag/TiO_(2)composite in 120 min.The enhanced photocatalytic activity of Bi_(2)MoO_(6)/TiO_(2)and Bi_(2)MoO_(6)/Ag/TiO_(2)composite was attributed to the efficient separation of photoinduced electrons and holes.The mechanism for the enhanced photocatalytic activity is discussed.

玻璃基TiO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)薄膜的生长及性能研究

采用溶胶-凝胶法和水热法制备TiO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)薄膜,采用X射线衍射(XRD)、紫外可见光谱、接触角测试等技术对薄膜的晶相组成、接触角等微观结构进行表征分析,研究了热处理温度、TiO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)复合薄膜玻璃的层数对产品亲水性、透过率和光催化性能的影响,结果表明:TiO_(2)/Bi_(2)MoO_(6)复合后的薄膜可以改善纯TiO_(2)薄膜的亲水性能,随着Bi_(2)MoO_(6)复合量的增大,复合物的降解效率提高,当450℃下在紫外光照射90min时光催化性能最好,对罗丹明B的降解率达到42.72%。

Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TiO_(2)纳米管阵列的制备与光电催化性能

为提高TiO_(2)的可见光光电催化活性,本文用Bi_(2)MoO_(6)和碳量子点(CQDs)对TiO_(2)纳米管阵列(TNA)进行了改性。以CQDs、Bi(NO_(3))_(3)·5H_(2)O和Na_(2)MoO_(4)为原料,通过简单的溶剂热法,在TNA中沉积了CQDs和Bi_(2)MoO_(6),成功制备了新型Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA。扫描电镜(SEM)和元素mapping分析结果表明,CQDs和Bi_(2)MoO_(6)成功涂覆在TNA管壁上。通过在可见光下降解甲基橙(MO)溶液,评价了所制备的光催化剂的光电催化性能。结果显示,经3 h的光电催化降解,Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA对MO的去除率比Bi_(2)MoO_(6)/TNA高32%。CQDs优异的上转换光致发光(UCPL)性能促进了TiO_(2)在可见光下被激发产生光生载流子,同时Bi_(2)MoO_(6)与TiO_(2)的耦合抑制了光生载流子的复合,从而提高了Bi_(2)MoO_(6)@CQDs/TNA的光电催化活性。

TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合光催化剂的制备及光催化性能研究

TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)异质结是当前最具潜力的一种可见光响应半导体光催化剂。以富含缺陷的TiO2纳米带为基体,采用水热法,诱导Bi2WO6在基体缺陷位点进行异质生长,从而合成具有异质结构的TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合材料。利用XRD、SEM、UV-Vis等技术,分析了基体表面缺陷、Bi2WO6负载量对TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,在基体表面引入缺陷,可以使TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合材料在可见光下对有机污染物Rh B的降解速率提高约50%。Bi2WO6负载量为0.12时的TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)复合材料,在可见光下,辐照6 min后对Rh B的降解率达99.3%,辐照30 min后对MB的降解率达99.7%,辐照15 min后对TC-HCl的降解率达87.7%。

基于Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子的抗菌PVDF平板膜制备及其性能分析

为获得具有优异抗菌性能的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)膜,以锌离子(Zn^(2+))与钼离子(Mo^(6+))共掺杂二氧化钛(TiO_(2))复合粒子为添加物,通过非溶剂致相分离法制备改性PVDF平板膜;采用FESEM、XRD、平板计数等技术分析Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子的形貌、物相结构和抗菌性,探究复合粒子添加量对改性PVDF平板膜形貌、机械性能、纯水通量和抗菌性能的影响。结果表明:制备的Zn^(2+)与Mo^(6+)共掺杂TiO_(2)复合粒子尺寸为100~350 nm,保留了纯TiO_(2)粒子锐钛矿型的晶型结构,且相较纯TiO_(2)粒子和Zn^(2+)掺杂TiO_(2)复合粒子抗菌性明显提升;复合粒子的添加量会显著影响改性PVDF平板膜的各项性能,当添加量为2.0%(以质量分数计)时可制备得到性能优异的改性PVDF平板膜;与不添加复合粒子制备得到的纯PVDF平板膜相比,最优添加量下制备所得改性PVDF平板膜呈现出较多均匀的蜂窝状大孔,孔隙率高达80.4%,机械强度提升了28.9%,水接触角由97.4°降低到53.5°,纯水通量由292.3 L/(m^(2)·h)提高到490.1 L/(m^(2)·h)。此外,当共培养时间为15 h时,最优添加量下制备所得改性PVDF平板膜对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌率可达100%。该结果为抗菌性PVDF分离膜的制备提供了理论基础。

TiO_(2)/ACF与TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)/ACF材料吸附光催化降解VOCs条件优化及性能评价

通过开展TiO_(2)/ACF与TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)/ACF材料吸附光催化降解VOCs废气的室内模拟实验,探究反应环境(流量、初始浓度、温度、湿度)对吸附光催化降解效率的影响。结果表明:TiO_(2)/ACF材料的最优降解条件为浓度1000 mg/m^(3),流量1.2 m^(3)/h,湿度30%,温度33℃;TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)/ACF材料的最优降解条件为浓度1000 mg/m^(3),流量1.2 m^(3)/h,湿度33%,温度34℃;两种材料在最优条件下均具有对高浓度污染物响应速度快、反应平衡后污染物转化率高的特点,TiO_(2)/ACF材料三级反应总体转化率达到81.71%,TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6)/ACF材料三级反应总体转化率达到85.96%。因此,将吸附光催化技术与其他处理技术相结合作为一种预处理方法,针对储罐呼吸气排放源,在实现VOCs初步降解的同时还可以稳定平衡VOCs浓度,具有较好的缓冲、减排效果,该技术工艺流程简单,能耗低,具有很好的应用前景。

等离子体改性TiO_(2)/WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)纳米复合材料及其可见光催化活性

以二水合钨酸钠和五水合硝酸铋为原料,通过优化水热反应温度制备了WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)纳米片,将其与锐钛矿型TiO_(2)纳米颗粒复合制备了可见光催化性能优良的TiO_(2)/WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)复合光催化剂,并采用一种高密度管状等离子体放电装置对其进行表面改性。利用XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、UV-Vis DRS、PL对样品进行了表征和分析,考察了其在可见光下降解亚甲基蓝的光催化性能。结果表明,当水热温度为120℃时,WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)纳米片具有较好的光催化性能;TiO_(2)/WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)复合催化剂中掺入TiO_(2)质量分数为10.7%时,所得三元复合材料的光催化性能远优于WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)纳米片;经等离子体改性处理后,三元复合材料的吸收边向可见光红移,放电电压的增加有助于提高复合材料的光催化活性,当放电电压为1.1 kV时,复合材料的降解速率常数分别是未处理TiO_(2)/WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)样品和WO_(3)/Bi_(2)WO_(6)的2.2倍和3.9倍。

Bi_(2)MoO_(6)/TiO_(2)纳米棒阵列异质结构的制备及光电化学性能研究

为提高TiO_(2)光电极的光电化学性能,采用水热/溶剂热两步法在TiO_(2)纳米棒阵列上合成BiMoO/TiO_(2)异质结构。通过XRD、SEM、TEM、HRTEM、XPS、UV-Vis、PL对样品的物相、形貌、微结构、元素价态和光学性能进行分析,结果表明成功制备了BiMoO/TiO_(2)纳米棒阵列异质结构,BiMoO修饰TiO_(2)拓宽了光谱响应范围。电化学工作站测试表明,BiMoO与TiO_(2)形成异质结构有利于光生载流子的有效分离,获得了增强的光电化学性能。BiMoO/TiO_(2)异质结构(样品BMT-3)具有最大的光电流密度为2.589 mA/cm^(2),约为TiO_(2)(0.143 mA/cm^(2))的18倍,具有最大的光转换效率0.287%和最小的电荷转移电阻。能带结构表明,TiO_(2)的导带和价带电位比BiMoO的导带和价带更正。TiO_(2)和BiMoO形成的type Ⅱ型能带结构与可见光的扩展吸收之间的协同作用是光电化学性能提升的内在机理。

Nanoparticle/Microsphere TiO_(2)/Bi_(2)WO_(6) Z-scheme Heterojunction with Excellent Visiblelight Photocatalytic Performance

Flower-like BiOBr/Bi_(2)WO_(6) Z-scheme heterojunction was prepared by a twostep solvothermal method.BiOBr microspheres were firstly synthesized through solvothermal method.Then the out part of the BiOBr microspheres was designed to react with Na2WO4 forming Bi_(2)WO_(6) nanosheets through ion exchange process.The BiOBr/Bi_(2)WO_(6) heterojunction has a larger BET surface area,smaller energy band gap,faster transfer of charge carriers and a much better visible-light photocatalytic performance than that of BiOBr and Bi_(2)WO_(6).It also has a better cycling stability than that of the BiOBr.Possible photocatalytic mechanism of the BiOBr/Bi_(2)WO_(6) heterojunction is proposed.

MgF_(2)掺杂对0.95MgTiO_(3)-0.05CaTiO_(3)陶瓷结构与微波性能的影响

采用传统固相合成法制备Mg F_(2)掺杂0.95MgTiO_(3)-0.05CaTiO_(3)(95MCT)微波陶瓷,结合X射线衍射谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱、扫描电镜及矢量网络分析等表征技术,系统研究Mg F_(2)掺杂对95MCT陶瓷烧结温度、晶体结构、微观形貌与微波性能的影响。结果表明:少量Mg F_(2)掺杂能够促进陶瓷晶粒均匀生长,抑制Ti^(4+)离子向Ti^(3+)离子转变,增强[TiO_(6)]八面体中Ti—O键的结合强度,从而使95MCT陶瓷的品质因子由30 335 GHz提高至89 470 GHz。1 225℃烧结的Mg F_(2)质量分数为1%的95MCT陶瓷具有优异的综合微波性能:相对介电常数ε_(r)约为19.74,品质因子Q×f值约为89 470 GHz,谐振频率温度系数τ_(f)约为-10.2×10^(-6)℃^(-1)。

电子传输层锂盐掺杂对Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿太阳电池性能的影响研究

电子传输层是影响钙钛矿太阳电池性能的重要因素。常用的介孔二氧化钛(mp-TiO_(2))电子传输层存在较多表面缺陷,电荷提取效率较低,复合几率高。利用双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiTFSI)对mp-TiO_(2)进行锂盐掺杂,并将其应用于Cs_(2)AgBiBr_(6)双钙钛矿太阳电池(下文简称为“Cs_(2)AgBiBr_(6)太阳电池”)中,以研究锂盐掺杂对Cs_(2)AgBiBr_(6)薄膜和Cs_(2)AgBiBr_(6)太阳电池性能的影响。研究结果表明:1)锂盐掺杂改善了Cs_(2)AgBiBr_(6)薄膜的结晶度,降低了其缺陷态密度,促进了电子传输层/钙钛矿界面处的电荷转移;2)掺杂的锂盐最优质量浓度为10 mg/mL,在该掺杂浓度下制备的Cs_(2)AgBiBr_(6)太阳电池的短路电流密度从1.92 mA/cm^(2)提升到2.43 mA/cm^(2),填充因子从58.87%增加到68.05%,光电转换效率从1.19%提升到1.66%;3)在空气环境条件下放置66天后,未封装的Cs_(2)AgBiBr_(6)太阳电池的光电转换效率仍可保持初始值的85%。

对八面体场中d^6组态的Tanabe—Sugano图的讨论

本文对八面体场中d^6组态的Tanabe—Sugano图进行了讨论,指出了一些文献所刊图形的错误,论证了~1A_(1g)等谱项是由离子谱项~1I而不是由~3D或~1D分裂的,~1I谱项在八面体场中分裂出的配体场谱项为六个而不是五个。提出了正确图形的样式。

3D打印Ti-6Al-4V钛合金表面纳米孔洞制备技术

目的通过3D打印技术制得钛合金,并构建出微米级多孔粗糙表面,再通过阳极氧化表面处理技术在微米级多孔粗糙表面构建出纳米级结构。方法首先,通过高压水处理与酸蚀处理相结合的方法,对3D打印钛合金表面进行前处理,去除不良结合的球形粉末颗粒,降低3D打印钛合金表面的粗糙度及各向异性。然后,通过阳极氧化处理,在3D打印钛合金表面制备出具有纳米级孔洞的TiO_(2)类骨膜层。结果3D打印钛合金表面存在较大的各向异性,导致后续的电化学过程中电场放电不均匀,形成的TiO_(2)类骨膜层稳定性差,而阳极氧化的前处理方法可有效解决这些问题。此外,纳米多孔结构抑制了阳极氧化处理中不稳定放电现象的发生,保证了膜层表面颜色的均匀性,且使膜层与钛或钛合金结合牢固,可在3D打印钛合金表面构建纳米级膜层结构。结论该工艺方法制备的3D打印钛合金表面膜层的成膜速率和稳定性较好,膜层呈三维网状结构,大孔内附有小孔。该结构有利于细胞在其表面更好地粘附、分化和增殖,是理想的医用植入材料。

Ag纳米粒子在TiO_(2)四棱柱阵列上的可控生长及其SERS效应

采用水热法在导电玻璃FTO导电面上沉积TiO_(2)四棱柱阵列;并以其为基体,分别采用聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)还原Tollens试剂以及柠檬酸三钠(TSC)还原硝酸银溶液,将Ag纳米粒子(AgNPs)沉积在TiO_(2)四棱柱阵列上形成TiO_(2)@AgNPs-PVP和TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底.实验结果表明, Ag纳米粒子在TiO_(2)四棱柱阵列上的尺寸和分布可通过改变Tollens试剂的浓度和TSC还原硝酸银溶液的反应时间来调控,进而优化基底的SERS灵敏度. TiO_(2)@AgNPs-PVP微纳结构对罗丹明6G(R6G)的检出限为10^(-12)mol/L,对低活性小分子三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL;TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构对R6G的检出限为10^(-10)mol/L,对三聚氰胺的检出限为0.01 mg/mL. TiO_(2)@AgNPs-PVP和TiO_(2)@AgNPs-TSC微纳结构基底的SERS活性、循环可回收性与还原剂种类紧密相关:包覆在Ag纳米粒子上的PVP可以作为隔离层避免Ag纳米粒子直接接触,防止电磁场耦合作用减弱,增强基底的SERS活性;同时, PVP是一种水性聚合物,有较强的亲水性,作为循环可回收SERS基底使用时,吸附小分子物质清洗难度较大.