Au掺杂方式对锐钛矿TiO2光催化性能的影响

结合超临界乙醇干燥技术,采用沉积-沉淀(DP)和共沉淀(CP)法分别制备了具有单一锐钛矿晶相的Au/TiO2和Au(0.2%,原子分数)-TiO2光催化剂,通过XRD、BET、TEM、XPS和Raman手段表征样品中Au的掺杂形态,以光催化降解甲基橙为模型反应考察了样品的光催化活性.结果表明,DP法制备的Au/TiO2在110℃干燥处理后,表面存在的Au3+能有效地促进锐钛矿TiO2光催化性能,其一级反应速率常数比纯锐钛矿TiO2提高了3.2倍,比商用光催化剂Degussa-P25提高了4.1倍,而当Au3+被还原为Au0后光催化活性下降.用CP法制备的Au-TiO2并没有较大地提高锐钛矿TiO2光催化性能,在焙烧温度达到800℃时,Au向表面迁移聚集,造成锐钛矿TiO2晶格氧空位和缺陷位增加,使光催化活性下降.

溶胶-凝胶-水热晶化法制备锐钛矿TiO_2纳米膜的耐蚀性能

以钛酸正丁酯为前驱体,采用溶胶-凝胶-水热晶化法在不锈钢(SS)表面制备TiO2纳米膜.利用X射线衍射(XRD)、Raman光谱、场发射扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和俄歇电子能谱(AES)表征了TiO2纳米膜的晶型、表面形貌和表面化学组成.通过极化曲线和电化学阻抗谱(EIS)研究了TiO2纳米膜的耐蚀性能.170°C下水热晶化制备的锐钛矿TiO2与450°C焙烧制备的锐钛矿TiO2的结晶度类似,但两种TiO2薄膜的表面结构存在明显差异,水热晶化法制备的TiO2纳米膜在3.5%(w)NaCl溶液中的耐蚀性能优于焙烧法制备的.

Sm掺杂对锐钛矿TiO_2电子寿命和红移影响的第一原理研究

基于密度泛函理论平面波超软赝势方法,采用第一性原理对不同浓度Sm掺杂锐钛矿相TiO2超胞的结构优化、形成能、能带结构、态密度、差分电荷分布和光学性质进行了计算。结果表明Sm掺杂后锐钛矿相TiO2超胞的电子结构变化很大。在限定的浓度范围内,掺杂浓度越小,形成能越小,掺杂越容易,电子寿命越长,带隙宽度越窄,吸收光谱红移越显著。计算结果与实验结果一致。

N,Cr共掺锐钛矿TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用第一性原理的平面波赝势方法研究了N、Cr单一掺杂及共掺杂锐钛矿TiO_2的能带结构、态密度和光学性质。结果表明,N单一掺杂体系中N2p杂质轨道交叠在费米能级上;Cr单一掺杂体系中杂质能级主要由O2p和Cr3d轨道杂化贡献;N、Cr共掺杂致使导带及价带相对费米能级明显下降,同时在原禁带基础上形成了新的杂质能级、禁带宽度减小,锐钛矿TiO_2的光吸收带红移,其吸收系数增大、能量损失缩小,有效增强了锐钛矿TiO_2的光催化效率。

Si掺杂锐钛矿TiO_2的第一性原理研究

为了研究Si掺杂对锐钛矿TiO_2的电子结构和光催化性能的影响,利用基于第一性原理的密度泛函理论计算了纯TiO_2及Si掺杂TiO_2的杂质形成能、能带结构及态密度.研究结果表明,Si的掺杂位置与制备条件有关,富钛和富氧条件下,Si最容易代替TiO_2中Ti的位置.几何优化后Si掺杂TiO_2超晶胞的晶格参数和晶胞体积都发生一定程度的畸变,有利于电子一空穴分离,促进光催化反应进行.Si代替Ti的位置时,禁带宽度减小,发生红移现象;另外两种掺杂状态下,禁带宽度增大,发生蓝移.掺杂位置不同,Si 3p和3s态分布范围不同,是引起电子结构发生不同变化的主要原因.

Ag,N共掺锐钛矿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(DFT)的第一性原理研究了未掺杂,Ag、N单掺杂及Ag-N共掺杂锐钛矿TiO2的晶体结构,电子结构及光学特性。研究结果表明,掺杂后锐钛矿TiO2晶胞膨胀,晶格发生明显畸变;Ag-N共掺杂TiO2禁带中引入新的杂质能级,导带下移,禁带宽度减小到1.34 eV,TiO2的光吸收带边发生明显红移,在紫外区和可见光区的吸收系数增大,提高了TiO2的光催化效率。

锐钛矿TiO_2薄膜的制备及其紫外光电导性能研究

采用直流反应磁控溅射的方法, 溅射高纯钛靶在 ITO石英衬底上制备了 TiO2 薄膜。用Raman光谱、AFM和紫外 可见光分光光度计分别测试了 TiO2薄膜的结构、表面形貌和紫外 可见光吸收谱,研究了工艺因素中溅射气压、氧氩比和退火温度对薄膜结构的影响。采用C(胶)/TiO2/ITO三层结构研究了锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应。实验结果表明:较低的溅射气压、合适的氧氩比和较高的退火温度有利于锐钛矿 TiO2 薄膜的结晶。在 2 V 的偏压下,锐钛矿TiO2薄膜的紫外光响应上升弛豫时间约为3 s,稳定光电流可达到2.1 mA,对紫外光的灵敏性和稳定的光响应表明TiO 薄膜有可能成为一种新的紫外光探测器材料。

Pt-N共掺杂锐钛矿TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理中的平面波超软赝势(PWPP)方法对理想TiO_2,N单掺杂,Pt单掺杂和Pt-N共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构进行计算,分析N单掺杂、Pt单掺杂及Pt-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的晶体结构、能带和态密度的影响.计算结果表明:掺杂后TiO_2的晶格发生畸变,原子间键长的变化使晶格发生膨胀,Pt单掺杂、N单掺杂TiO_2禁带宽度变窄,Pt-N共掺杂TiO_2分别在价带顶和导带底产生杂质能级,且禁带宽度缩小范围大,表明Pt-N共掺杂能进一步提高锐钛矿TiO_2催化性能.

锐钛矿TiO2的水热法制备以及紫外光降解甲醛

用硫酸钛水热法制备了纳米TiO2光催化剂,研究了纳米TiO2的形态结构特征及其光催化性能,并探讨了甲醛溶液的初始pH值和初始浓度、TiO2用量、降解温度和时间对光催化降解反应的影响。结果表明,制备的锐钛矿TiO2产物平整而密实,它由八面体结构的TiO2纳米晶大面积自组装而成。在35℃降解温度下采用254nm紫外光源照射1h后,锐钛矿TiO2对甲醛的降解率达到51.10%,2h后达68.42%。

锐钛矿TiO_2纳米晶体的微结构尺寸效应

对制备条件相同、晶粒度不同的锐钛矿TiO2 纳米晶体 (n A TiO2 )样品之晶粒微结构进行了细致的X射线衍射(XRD)研究 ,给出了标明晶面指数 (hkl)和晶面间距 (dhkl)值的系列XRD谱 ,并得到了晶面间距、晶格常数、轴比、晶胞体积等参数数值及其相对常规粗晶的变化情况 ,从而初步揭示出该样品晶粒微结构随粒度的变化情况。发现了锐钛矿TiO2

N、C掺杂比例对锐钛矿TiO_2电子结构影响的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论方法,分别计算了N、C原子不同比例掺杂锐钛矿TiO2的形成能、晶体结构和电子结构等性质。计算结果表明:原子替位掺杂后体系晶格发生畸变;C原子替位掺杂更倾向于替代Ti位,N倾向于替代O位;两种替位掺杂均使TiO2光吸收带发生明显红移;N掺杂比例为2.08%和3.13%、C掺杂比例为2.08%时,对TiO2的改性最佳。

超临界干燥法制备的锐钛矿TiO_2纳米晶的性能研究

采用超临界干燥法制备了锐钛矿TiO2纳米晶,以光催化降解活性艳红X-3B作为测试反应,考察了不同温度焙烧的TiO2纳米晶的光催化活性,并用BET,XRD和TG等手段表征了催化剂的物理化学性质.结果表明,采用该方法制得的TiO2纳米晶具有较高的晶相转变温度;随着焙烧温度的升高,锐钛矿TiO2纳米晶活性逐渐提高,而且800℃焙烧的样品具有与Degussa P25商品催化剂相当的光催化活性,这可能是由于结晶度的提高降低了充当光生电子-空穴对复合中心的缺陷的浓度.

球形锐钛矿TiO_2合成及晶种对TiO_2形貌的影响

成功地采用水解法制备了球形锐钛矿TiO2，研究了空白实验（未引入晶种）、引入10nm TiO2晶种及菌体晶种对锐钛矿TiO2形貌的影响。结果表明随着引入晶种的颗粒逐渐变大，合成的锐钛矿型TiO2颗粒也在逐渐增大：空白实验中TiO2的颗粒平均直径约为0．5μm，10nm TiO2晶种中TiO2的颗粒平均直径约为0．6-0．7μm，菌体中TiO2的颗粒平均直径约为0．8～0．9μm；加入晶种的颗粒越大，合成的锐钛矿型TiO2颗粒粒度越均匀，球形越完整、团聚现象越少。

基于功能化的纳米锐钛矿TiO2膜修饰电极的乌药醚内酯电化学传感器及其应用研究

将功能化的纳米锐钛矿TiO2(介笼结构)修饰电极作为乌药醚内酯电化学传感器的氧化还原探针,实现电化学方法检测乌药醚内酯。实验优化了电极修饰液用量、支持电解质和仪器参数等条件。在最优化的条件下,乌药醚内酯的线性范围为0.1~20μg/mL,检测限为0.058μg/m L。将所建立的电化学新方法应用于乌药中乌药醚内酯类的含量测定及药材真伪的鉴定,测得其平均含量为0.303 mg/g,并实现乌药与其伪品荆三棱药材的快速鉴别。

水热处理锐钛矿TiO_2纳米管阵列及其增强的光电催化活性

在含氟溶液中,通过电化学阳极氧化钛片成功制备了高度有序的TiO2纳米管阵列,先在450℃下煅烧使其晶化为锐钛矿相,再在不同温度下水热处理了这些锐钛矿阵列。用XRD、SEM和XPS表征了所制备的样品。通过在氙灯光照下光电催化降解对氯苯酚水溶液来检测样品的活性。以对苯二甲酸作为探测分子,用荧光光谱检测了在氙灯光光照下样品表面产生的羟基自由基(.OH)。通过线性伏安扫描的间隙光照实验,测定了样品的光电流响应。结果表明后水热处理对锐钛矿TiO2纳米管阵列的结晶度和形貌没有影响,但光电催化活性明显增强,而不同温度处理的样品的活性差别不大。水热处理后的TiO2纳米管阵列的光电催化活性增强的原因是,水热后TiO2纳米管阵列表面羟基含量明显增加,使得其在光电催化过程中生成的.OH增加。

铁离子表面掺杂锐钛矿TiO_2(001)面的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe吸附于锐钛矿TiO2(001)面、替位掺杂表面Ti位,以及在横向晶隙和纵向晶隙内部掺杂的晶体结构变化及形成能,讨论了对应的能带结构及态密度的变化。为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在条件下的能带结构及态密度。通过形成能的比较发现:Fe在吸附于晶体表面并向体内迁移时,倾向于掺杂在晶体表面晶隙位置。通过对电子结构及态密度的分析发现:Fe在晶体表面晶隙掺杂较表面氧空位掺杂更有利于TiO2光催化氧化效率的提高。

S高掺杂对锐钛矿TiO_2电子结构和红移影响的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,建立了未掺杂单胞和两种不同掺杂S原子浓度的锐钛矿TiO2模型,分别对模型进行了几何结构优化、态密度分布、能带分布、差分电荷密度分布、集居数和吸收光谱的计算.结果发现:掺杂后O原子2p态、S原子3p态和Ti原子3d态在导带内发生了强烈的杂化耦合作用,Ti原子3d态的电子向S原子3p态转移,引起导带下移;O原子2p态和S原子3p态在价带中杂化耦合作用,引起价带上移,引起了带隙变窄发生红移现象,同时,高掺杂S原子浓度越高红移越显著,计算结果与实验结果相一致.

过渡金属掺杂锐钛矿TiO2(101)表面的改性

采用密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对过渡金属Fe,Ni,Pd,Pt,Cu,Ag和Au的中性原子在锐钛矿TiO_2(101)面上的掺杂改性开展了系统深入的理论研究.通过比较分析锐钛矿TiO_2(101)面掺杂前后的几何结构、电子结构和光学性质等,揭示了宏观催化活性与电子结构、光电子特性之间的关联.结果表明:过渡金属掺杂能减小禁带宽度或引入杂质能级,从而提高TiO_2(101)面的可见光响应;杂质能级通常位于禁带内,这主要是由过渡金属原子的d电子态贡献形成的;不同过渡金属掺杂的TiO_2(101)面具有不同的光催化性能,这与掺杂后的禁带宽度、费米能级位置、杂质能级的形成位置以及过渡金属原子的最外层电子排布等有关.本研究为TiO_2光催化剂结构设计与改性提供了指导性参考,并有利于加深人们对其他材料的过渡金属掺杂的理解.

纳米锐钛矿TiO2及负载金催化剂的制备与催化性能

通过简单的水解-沉淀法制备了纳米TiO2,考察了反应条件对其粒径和晶型的影响。结果表明制备小粒径锐钛矿TiO2的有利条件为:倒加法;Ti(OBu)4与C2H5OH、H2O与C2H5OH和Ti(OBu)4与H2O的体积比分别为1/3、1/4和1/1;pH=7和400℃焙烧。沉积-沉淀法制备的Au/TiO2催化剂催化CO氧化结果表明,催化剂的活性受焙烧温度影响很大,200℃焙烧的催化剂具有最好的催化活性。

基于CdSe掺杂锐钛矿TiO_2的可见光体外灭活HL60细胞实验研究

用超声驱动方法合成了CdSe/TiO_2复合纳米粒子,并通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光(UV-Vis)吸收光谱和荧光(FS)光谱对CdSe/TiO_2复合纳米粒子进行表征。使用CCK-8法测定CdSe/TiO_2对白血病细胞的可见光光催化活性并通过SEM研究HL60细胞的表面超微结构形态。实验结果表明,用CdSe/TiO_2复合纳米粒子处理的组中观察到明显的HL60细胞生长抑制,并且HL60细胞在CdSe掺杂TiO_2复合纳米粒子作用下的PDT效率显著高于TiO_2,表明可以通过CdSe的修饰有效增强TiO_2的可见光光催化活性。此外,CdSe/TiO_2在可见光辐照下在4μg/m L的终值浓度下显示非常高的光动力效率,达76%。荧光光谱分析表明,CdSe/TiO_2复合纳米粒子可能通过分离光生空穴电子对提高此复合纳米粒子的光催化活性,从而提高CdSe/TiO_2对HL60细胞的PDT灭活效率。