介孔掺镧纳米晶TiO_2瞬态光伏与表面光声特性

结合瞬态光伏与表面光声技术,研究介孔掺镧nano-TiO2光生载流子分离与复合过程及其能量转换机制.结果表明:锐钛矿中两种不同光伏特性的缺陷态具有光生载流子扩散距离短,复合速度快的特点;镧掺杂增加体缺陷态对于光伏效应的贡献,但在某种程度上抑制主带隙的电荷分离;模板剂种类对于主带隙电子-空穴对的分离与复合过程,以及亚带隙无辐射跃迁引起的晶格振动均有显著的影响.结果证实了样品表面光声与瞬态光伏现象之间存在明显的能量互补关系.

不同浓度Sn^4+离子掺杂TiO_2的结构、性质和光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO2和不同浓度Sn4+离子掺杂的TiO2光催化剂(TiO2-Snx%, x%代表 Sn4+离子掺杂的TiO2样品中Sn4+离子摩尔分数). 利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了 TiO2-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构, 结果表明: 当 Sn4+离子浓度较低时, Sn4+离子进入TiO2晶格, 取代并占据Ti4+离子的位置, 形成取代式掺杂结构(Ti1-xSnxO2), 其掺杂能级在导带下 0.38 eV 处; 当 Sn4+离子浓度较高时, 掺入的Sn4+离子在TiO2表面生成金红石SnO2, 形成 TiO2和SnO2复合结构(TiO2/SnO2), SnO2的导带位于TiO2导带下0.33 eV处. 利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO2-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程, 结果表明, Sn4+离子掺杂能级和表面SnO2能带存在促进光生载流子的分离, 有效地抑制了光生电子与空穴的复合; 然而, Sn4+离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命, 提高了光生载流子的分离效率, 从而揭示了TiO2-Snx%催化剂的光催化机理.

一步法制备纳米SnO-SnO_2复合材料及其光催化性能增强机制的光生载流子动力学

半导体复合材料中的光生载流子动力学过程是影响其光催化性能的重要因素之一。该工作以二水合氯化亚锡(SnCl_2·2H_2O)为原料,NaOH为沉淀剂,采用一步溶剂热法制备了Sn的氧化物纳米SnO-SnO_2复合材料,并利用SEM、XRD、TEM和Uv-Vis光谱等对产物进行了表征。结果表明,通过控制反应条件可以获得粒径约为10～20nm的SnO-SnO_2复合材料和粒径约为10nm的四方相SnO_2颗粒,分散性较好。光催化性能研究表明,纳米SnO-SnO_2复合材料完全催化降解罗丹明B(RhB)的时间比纳米SnO_2颗粒减少50%。针对这一结果,利用瞬态表面光电压(TSPV)技术分别对上述纳米材料的光生载流子动力学过程进行了讨论。结果表明,纳米SnO-SnO_2复合结构的构建可以有效地促进光生载流子的分离,抑制SnO_2表面光生载流子的复合及提高材料表面的光生载流子的寿命,进而显著增强其光催化性能。