Ce掺杂锐钛矿型TiO2密度的泛函理论应用

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势(PWPP)方法,模拟计算了纯的TiO2和Ce掺杂锐钛矿TiO2的能带结构、态密度及光学性质,分析了Ce掺杂对锐钛矿TiO2的晶体结构、能隙、态密度和光吸收系数的影响.结果表明:Ce掺杂锐钛矿TiO2晶体后,Ce的4 f轨道进入导带使导带底向低能端移动,禁带宽度变小,吸收带红移,可见光区具有较大的光吸收系数,从而有助于提高TiO2的光催化活性,理论与实验基本吻合.

锐钛矿型TiO2羟基化表面与H2O相互作用的分子动力学研究

利用经典分子动力学对锐钛矿型TiO2(101)/(001)羟基化表面与水分子的相互作用进行模拟计算,分析得到表面羟基对TiO2鄄H2O界面性质的影响.首先,通过TiO2表面钛、氧原子与水中氧、氢原子间的径向分布函数及键长验证得到,所建羟基化TiO2(101)/(001)模型和力场能够很好地模拟TiO2鄄水体系的结构和相关特性.由分子动力学快照图可知,TiO2表面的O2c吸附位在羟基化前后不发生改变,而完整表面原有的Ti5c吸附位被表面羟基中的氢原子取代.羟基化表面的水分子以氢键作用吸附于TiO2表面引起界面电荷转移,根据水分子密度分布可知TiO2鄄H2O界面形成内亥姆霍兹层、外亥姆霍兹层和体相3个分层结构.与完整表面比较,羟基使TiO2(101)表面内、外亥姆霍兹层均变窄,而TiO2(001)表面仅内亥姆霍兹层变窄.对水分子的扩散性质和平均速度分布进行分析,相对于TiO2(101)羟基表面,TiO2(001)羟基表面结构更有利于水分子沿表面法线方向移动.最后,由水的电荷密度分布函数得到,表面羟基使得TiO2(101)和(001)表面的电荷波动加剧,正、负电荷密度分布极值的绝对值明显增加.

锐钛矿型TiO2薄膜的研究进展

二氧化钛薄膜是一种重要的半导体材料,在传感器、光催化和太阳电池等领域具有广阔的应用前景.二氧化钛薄膜的制备方法决定了其物相结构、物理化学性质、光学和电学特性.简要介绍了二氧化钛的物相结构,综述了锐钛矿型二氧化钛薄膜的制备方法,分析讨论了它们各自的优缺点,展望了其未来的发展趋势.

高能球磨锐钛矿型TiO_2晶型转变的研究

应用机械力化学原理,研究高能行星磨粉磨锐钛矿型TiO2引起晶型转变的过程,采用XRD、SEM、TEM、FT-IR技术对粉体进行表征,探讨了机械力化学引起晶型转变的机制.研究发现:在一定操作参数(行星磨公转转速300r/min)条件下,粉磨初期(5h)为无定形形成期,颗粒出现团聚现象,晶粒尺寸减小,晶格畸变,转变为无定形,并形成金红石型TiO2晶核;粉磨中期(5～15h)为晶粒长大期,金红石型TiO2晶粒长大;粉磨后期(15h以后)为动态平衡期,晶粒长大与粉磨引起的晶粒减小处于动态平衡.研究表明:行星磨粉磨锐钛矿型TiO2可使晶型转变为金红石型TiO2,团聚的二次颗粒尺寸为1μm左右,并由颗粒尺寸为20～40nm团聚组成.

锐钛矿型TiO_2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了锐钛矿型TiO2的能带结构、态密度和光学性质。分析了锐钛矿型TiO2的复介电常数、复折射率、吸收系数、反射率和损失函数,计算结果与其他文献结果吻合较好。通过对比发现,由于锐钛矿型TiO2晶体结构的对称性,在(100)和(001)方向上具有明显的光学各向异性。

掺Pb锐钛矿型TiO_2晶胞几何和电子结构的第一原理计算

采用第一原理方法,计算了Pb掺杂锐钛矿型TiO2的晶胞几何结构和电子结构。由于Pb的原子半径大于Ti,掺Pb后晶胞体积明显增大;水平方向和顶点方向的Pb-O键键长比相应的Ti-O键键长增长。由于Pb与O原子的sp轨道杂化作用,与Pb近邻的O原子p电子态出现尖锐的峰,并使处于第一价带的p电子态的带宽由4.6eV增至7.3eV;同时O的p轨道产生空态,掺杂后系统的导带底由Pb的p轨道构成。Pb掺杂使得锐钛矿型TiO2的能隙大幅度减小,因此,可以通过掺杂Pb实现对于锐钛矿型TiO2的能带调制,从而改变TiO2的光催化性能。计算结果与实验趋势相符。

FePc敏化锐钛矿型TiO_2的低温制备及性能研究

采用溶胶-凝胶法在低温（50～80℃）下制备得到铁酞菁（FePe）染料敏化的TiO2粉体。利用X射线衍射、红外光谱、光电子能谱、紫外-可见光漫反射光谱对光催化剂的晶相结构、吸收光谱特征进行了表征，结果表明，所制备的复合粉体中TiO2为锐钛矿型，且晶粒细小；FePe敏化的TiO2在可见光区域的吸收有所增强。光催化氧化实验表明，经FePe敏化的锐钛矿型TiO2粉体，在普通目光灯下对甲基橙具有良好的光催化活性。

锐钛矿型TiO_2气凝胶的制备和光催化性能

采用乙醇超临界干燥直接制得锐钛矿型TiO_2气凝胶,研究乙醇超临界干燥和煅烧处理前后TiO_2晶体结构的变化,并分别研究HNO_3、C_2H_5OH和H_2O用量对凝胶时间和气凝胶催化性能的影响。采用X线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、紫外-可见(UV-Vis)漫反射和N2吸附-脱附表征气凝胶。结果表明:乙醇超临界干燥即可制得锐钛矿型TiO_2气凝胶,晶粒平均粒径约为10 nm,禁带宽度为3.06 eV,存在明显孔道结构,HNO_3用量4 m L、n(H_2O)/n(Ti(OC_4H_9)_4)=4、n(C_2H_5OH)/n(Ti(OC_4H_9)_4)=15时,凝胶时间50 min,气凝胶的比表面积、孔容和平均孔径分别为201.88 m^2/g、0.42 cm^3/g和19.11 nm,对甲基橙的催化降解速率常数约为1.38 h^(-1),高于商业TiO_2(P25)的催化降解速率常数(1.14 h^(-1))。

N-Al共掺杂锐钛矿型TiO_2电子结构的GGA+U方法计算

本文基于密度泛函理论(DFT)的GGA+U方法,应用Materials Studio 5.0软件包中的CASTEP程序模拟计算了Al掺杂锐钛矿型TiO2和N-Al共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构。计算结果表明:Al掺杂和N-Al共掺杂均能够降低TiO2的带隙值。Al掺杂是由于Al的3s和3p态使导带底端下移而导致TiO2的带隙变窄;而N-Al共掺杂由于在体系中引入了N2p态,使导带底端向能量更低的方向移动,比Al单独掺杂时具有更低的带隙值。该研究结果很好地解释了Al掺杂以及N-Al共掺杂诱使TiO2的导带底端下移,禁带宽度减小,导致光谱响应范围红移的内在原因。

加添加剂水热法简易制备锐钛矿型TiO_2薄膜及其表征

在3种晶型(锐钛矿型、板钛矿型和金红石型)的TiO2中,只有锐钛矿型的TiO2具有较好的光催化活性。因为钛矿型TiO2不稳定,它容易转化为最稳定的金红石型,所以简易地制备锐钛矿型TiO2比较困难。在最佳条件下:以0.15 mol/L的Ti(SO4)2溶液为原料,外加添加剂(关键技术,添加剂/Ti4+摩尔比为4/1)于170℃下水热反应4 h,在玻璃基板上制备TiO2纳米晶体薄膜,SEM、TEM和XRD表征结果说明,生成的TiO2晶体为锐钛矿型。制备的TiO2薄膜平整、密实,厚约2μm,薄膜由大面积的TiO2纳米晶体自组装而成,TiO2纳米晶体呈现八面体结构,平整的三角形表面边长约100～200 nm,晶体长约1μm。

La高掺杂对锐钛矿型TiO_2电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂和La高掺杂锐钛矿型TiO2超胞模型,分别对模型进行了几何结构优化、分波态密度分布、能带分布、Mullkien电荷数、差分电荷密度和吸收光谱计算。结果表明,在本研究限定的浓度范围内,La掺杂浓度越低锐钛矿型TiO2越稳定;La掺杂后锐钛矿型TiO2的离子键进一步增强,且最小禁带宽度变窄,吸收光谱发生红移现象;当La掺杂质量分数分别为10.14%,19.01%时,最小带隙均约为1.84 eV,高能区吸收光谱几乎相同。

Ni掺杂锐钛矿型TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的平面波超软赝势(PWPP)方法,对Ni掺杂前后锐钛矿型TiO_2的超晶胞体系进行了几何结构优化,从理论上给出了掺杂体系的晶格参数。模拟计算了Ni掺杂对锐钛矿型TiO_2的电子结构和光学性质的影响,得到了掺杂前后的能带结构、电子态密度分布、光吸收系数,分析了掺杂前后电子结构和光学性质的变化。结果表明:Ni掺杂锐钛矿型TiO_2后,在价带和导带之间出现了主要由O-2p和Ni-3d共同作用而产生的杂质能级,导致禁带宽度变窄;可见光区吸收系数增大,拓宽了光相应范围。这些计算结果很好地解释了Ni掺杂锐钛矿型TiO_2在可见光下具有良好的光催化性能的内在原因。由实验结果知:Ni掺杂锐钛矿TiO_2相应可见光的范围变宽。由此说明,计算结果与实验结果一致。

纳米锐钛矿型TiO_2的溶胶-凝胶法制备及其表征

以钛白粉厂价格低廉的偏钛酸为原料,采用溶胶 凝胶法,结合微乳化技术和共沸蒸馏的工艺路线,制备了纳米锐钛矿型TiO2粉体。用电镜(TEM)及X射线衍射(XRD)技术进行了表征。结果表明:TiO2结晶良好,分布均匀,无团聚现象。粒径为30～50nm。TiO2粉体为锐钛矿结构,质量分数达99%。

锐钛矿型TiO_2薄膜的水热法制备及其表征

通过探索最佳条件[硫酸氧钛(TiOSO_4)浓度、添加剂加入量、反应的温度与时间],于玻璃基板上采用水热法制备了TiO_2薄膜,并对产物晶体进行了X射线衍射和扫描电镜表征。结果表明:所制TiO_2薄膜的最佳条件是:0.15mol/L TiOSO_4、Ti^(4+)/添加剂摩尔比4/1、170℃、4h;所制备的TiO_2薄膜晶体为锐钛矿型即A-TiO_2,晶体为八面体,其长度约1μm,晶体的三角面边长在100~200nm之间,薄膜约2μm厚。

锐钛矿型TiO_2微米球的制备及表征

运用外加添加剂尿素的新技术,以水热法在玻璃基板上制备Ti O2微米球。采用SEM、TEM和XRD技术对产物进行表征,结果说明,生成的Ti O2晶体为锐钛矿型,Ti O2微米球的直径为2-3μm,它由大面积的Ti O2晶体自组装而成。制备产物的最佳条件是:0.15mol/LTi(SO4)2、Ti4+/添加剂摩尔比1/1、170℃、4h。

锐钛矿型TiO2纳米颗粒的水热水解法合成及其光吸收特性(英文)

以硫酸钛为钛源,浓氨水为沉淀剂,通过水热水解法在240℃,48 h,pH=9时合成了粒径约为20 nm的锐钛矿TiO2纳米颗粒。利用X射线衍射仪(XRD)、热场发射扫描电子显微镜(SEM)、热场发射透射电子显微镜(TEM)和紫外可见分光光度计(UV-VIS)对试样进行分析。结果表明:硫酸钛溶液水热水解法不加入浓氨水时,随着水解时间的延长,虽然获得的锐钛矿型TiO2颗粒的粒径已达到了纳米级,但是其粒径的变化不明显;硫酸钛溶液水热水解法时加入浓氨水,合成锐钛矿型TiO2颗粒的粒径明显变小,但是,随着pH值的增加,合成锐钛矿型TiO2颗粒的粒径变化不明显。对不同条件下水热水解法合成的TiO2进行UV-VIS分析可得,TiO2颗粒粒径的变小有利于TiO2吸收峰的蓝移。

锐钛矿型TiO2光催化降解异噻唑啉酮废水研究

本文制备了自然光照条件下能有效降解异噻唑啉酮模拟废水(主要成分MI和CMI)的锐钛矿型TiO2光催化剂,并通过电镜分析(TEM、HRTEM)和XRD手段对其进行表征,优化了光催化处理异噻唑啉酮模拟废水的反应条件,并分析了异噻唑啉酮的降解产物情况和自然光照条件下羟基自由基的产生情况.结果表明,合成的锐钛矿型TiO2主要暴露面为{101}面,具有较好的异噻唑啉酮去除效果.在500 W氙灯照射下,12~53 mg·L-1异噻唑啉酮模拟废水在催化剂投加量为677 mg·L-1的条件下反应4 h,异噻唑啉酮去除率可以达到97%~100%;当异噻唑啉酮模拟废水浓度升高为141 mg·L-1时,其去除率为77%~80%,最佳反应时间4 h.对异噻唑啉酮降解产物的分析显示,在光催化反应结束时,MI为主要的残留物质,CMI脱氯转化为氯离子和MI,并发现未知有机产物.

锐钛矿型TiO_2担载的Pd催化剂用于乙炔选择加氢的催化性能及其表征（英文）

采用水热法合成了含有89%{101}晶面的TiO_2纳米锭(TiO_2-101)和77%{001}晶面的TiO_2纳米片(TiO_2-001),将其用作载体来制备担载钯催化剂;研究了上述制备的TiO_2纳米材料对Pd/TiO_2-101和Pd/TiO_2-001催化剂用于乙炔选择加氢制聚合级乙烯催化性能的影响。结果表明,Pd/TiO_2-101催化剂表现出更好的乙炔转化率和乙烯收率。通过氢气程序升温脱附(H_2-TPD)、氢气程序升温还原(H_2-TPR)、透射电子显微镜(TEM)、CO化学吸附、X射线光电子能谱(XPS)和热重分析仪(TGA)等对催化剂进行了结构表征和分析。TEM和CO化学吸附结果表明,Pd纳米颗粒(NPs)在TiO_2-101载体上有较小的颗粒尺寸(1.53 nm)和较高的分散度(15.95%);而Pd纳米颗粒在TiO_2-001载体上的颗粒尺寸是4.36 nm和9.06%的分散度。Pd/TiO_2-101催化剂上较小的Pd颗粒尺寸及其较高的分散度使催化剂具有更多的反应活性位点,这促进了其反应的催化活性。

电弧离子镀锐钛矿型TiO_2薄膜光催化降解苯酚

采用电弧离子镀法在普通玻璃表面制备透明的TiO2 薄膜 ,用AFM、XRD对TiO2 薄膜表面进行了表征 ,结果表明未经退火的薄膜主要以非晶态型存在 ;经过 5 0 0℃退火后 ,纳米TiO2 薄膜主要为锐钛矿结构。研究了纳米TiO2薄膜对难降解的有机物苯酚进行了研究 ,半小时就降解了 30 % ,经 5 0 0℃退火后的纳米TiO2 薄膜光催化性能更为显著。

锐钛矿型TiO_2吸附甲醛影响因素的模拟与实验研究

采用巨正则系蒙特卡洛(GCMC)方法研究了温度、压力、竞争吸附对TiO_2吸附甲醛的影响,模拟了空气中主要组分在TiO_2中吸附量随压力和温度的变化特性,模拟结果能被Langmuir吸附等温线拟合。设计实验验证了模拟结果的正确性。对混合气吸附量的模拟表明,水蒸汽对甲醛的竞争吸附最为明显,降低水蒸汽的含量,有利于甲醛气体在催化剂表面的吸附,进而提高甲醛的催化效率。