V-Ga共掺TiO_2光伏电池模拟与研究

基于实验上获得的带隙宽度为1.6eV的V-Ga共掺杂TiO2材料,设计了一种新型pin结构光伏电池.通过Nb:TiO2作为n型重掺杂层,Cu2O或CuO作为p型掺杂层,建立pn结自建电场.中间层V-Ga:TiO2为主要光吸收层,运用AMPS-1D软件模拟器件性能,研究Cu2O或CuO材料作为p型层对光伏性能的影响.模拟结果显示,Cu2O在这种结构中适合作为p型层,优化后器件光伏转化效率可达到34%.此外,通过对材料中带尾缺陷密度、吸收层与p型层界面对器件性能影响的研究,为器件制备中可能存在的问题提供解决思路.

Gd/N共掺杂纳米TiO_2的制备及对腐殖酸的降解

研究一种利用太阳光进行光催化氧化降解腐殖酸的方法。采用溶胶-凝胶法制备Gd/N双元素共掺杂的纳米TiO2复合光催化材料,用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)和紫外可见漫反射光谱(Uv-VisDRS)对光催化材料进行表征。以腐殖酸溶液为目标降解物,太阳光为光源,通过对腐殖酸的降解研究Gd/N双元素共掺杂纳米二氧化钛的光催化活性。研究结果表明:Gd/N双元素掺杂样品为锐钛型结构,颗粒平均粒径为17nm,有红移现象出现,可见光范围内光响应增强;它对腐殖酸的降解率随光强的增大而升高,随溶液pH值降低而增大;同时,钆氮共掺杂具有协同效应,当体系pH值为3.0时,适当配比的Gd/N共掺杂光催化剂样品在太阳光下对腐殖酸催化反应5h后,降解率可达85.4%。

N、S共掺TiO2光催化剂的合成及其在废水处理中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了N、S共掺TiO2光催化剂,借助X-射线衍射(XRD)、光电子能谱(XPS)、紫外-可见吸收光谱(UV-vis)等测试手段对样品进行表征,并以罗丹明B为模型污染物考察了样品光催化活性.XRD物相鉴定表明,所得TiO2催化剂为锐钛矿和金红石矿的混合型,金红石型的含量在15.2%—10.6%之间,N和S掺杂可有效抑制金红石相的生成;光催化降解实验结果表明,N、S共掺光催化剂具有良好的可见光催化活性,自然光照射10h,N、S共掺催化剂(1.0%N-0.25%S-TiO)对工业废水COD的去除率高达97.2%.

氮钒共掺TiO_2的表征及其对甲醛的可见光催化性能

以钛酸丁酯为Ti源,六次甲基四胺为N源,偏钒酸铵为V源,利用溶胶-凝胶法制备氮钒共掺杂二氧化钛(N-V-TiO2)纳米材料。采用XRD、UVVis、BET、XPS等检测手段对N-V-TiO2的晶型比例、元素组成等进行分析,研究其在可见光下催化氧化甲醛气体的性能。结果表明,煅烧温度500℃、掺氮28%、掺钒1%的N-V-TiO2具有混晶型结构、比表面积大、对可见光吸收强,催化降解甲醛的效率最高可达到91.6%,分别比纯TiO2、掺氮TiO2、掺钒TiO2的效率显著提高。N-V-TiO2光氧化效率随甲醛初始浓度增大而减小,光催化反应服从一级反应动力学特征,而且包括吸附和光催化氧化反应两部分,其中光催化氧化为速控步骤;重复5次使用的效率仍然高于单独掺杂TiO2。

氟钒锰共掺对TiO2柱撑膨润土光催化脱硝性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备氟钒锰共掺改性的TiO2柱撑膨润土,使用XRD、氮吸附、UV-vis光谱和SEM等手段对其进行了表征测试,并对其室温下的可见光催化脱硝性能进行了评价研究。结果表明,对于NO质量浓度为661μg/m^3的气体,F-V-Mn共掺TiO2柱撑膨润土的光催化脱除效率近似达到100%,而NO质量浓度提升至1657μg/m^3时,光催化效率为81.9%,与未柱撑的F-V-Mn共掺TiO2相比提高了33.8%。F-V-Mn共掺TiO2柱撑膨润土上光催化脱反应速率常数最大,是V-Mn共掺TiO2柱撑膨润土的2倍,且前者的抗水和抗SO2中毒能力也更强。TiO2柱撑不仅保留了膨润土的片状晶体结构,而且使膨润土层间距由0.667nm增大至0.710nm,吸附能力增强;同时,掺杂元素能抑制TiO2金红石相生长,降低TiO2禁带宽度,提高可见光响应,延长使用寿命,拓宽应用范围。

氮、硫共掺TiO_2光催化剂的响应曲面法优化

利用响应曲面法(RSM)对溶胶-凝胶法合成N、S共掺TiO2光催化剂(N/S-TiO2)的合成工艺进行了优化,借助XRD、XPS、TEM、UV-Vis-DRS等测试手段对样品进行表征,并以甲基橙为模型污染物考察了样品的可见光催化活性。根据实验结果建立了N、S共掺TiO2降解甲基橙溶液的二次多项式数学模型,并确定N、S共掺TiO2光催化剂的最佳合成工艺为:热处理温度550℃,N和S掺杂量分别为1.0%和0.3%(原子分数),在该条件下所得N/S-TiO2具有较好的可见光催化活性,且对甲基橙溶液的实际降解率与模型预测基本一致,相对误差为4.69%。

溶胶-凝胶法制备Eu^(3+)-Ce^(3+)共掺杂TiO_2及光催化性能

采用溶胶-凝胶法制备了Eu^(3+)-Ce^(3+)共掺杂TiO_2纳米粉体,以亚甲基蓝溶液为目标降解物、用正交试验方法考察了内部因素和外部因素对掺杂样品的光吸收和光催化性能的影响,同时采用XRD、FE-SEM、UV-Vis吸收谱等表征了样品结构与性能。结果表明,最佳的实验方案是热处理温度为550℃、Ce^(3+)的掺杂量为0.02mol%、Eu^(3+)的掺杂量为0.2mol%,最佳的外部环境是共掺杂TiO_2纳米粉体光催化剂加入量为0.15 g/50 mL、亚甲基蓝溶液的初始pH值及浓度分别为6.5和10 mg/L。样品的晶粒尺寸在20 nm左右,共掺样品的光催化率明显比单掺和未掺样品的高,且吸收边向可见光红移了53nm左右。共掺样品对亚甲基蓝降解反应符合一级动力学模式。共掺样品光催化率的提高归因于Eu^(3+)和Ce^(3+)的协同作用,一方面增加有效的空穴电子数;另一方面可使样品吸收更低能量的波长而被激发。

晶体结构对Er/Yb共掺TiO_2薄膜荧光光谱的影响

通过对不同退火温度下Er/Yb共掺TiO2薄膜的结构和光致荧光光谱(PL)的分析,研究了退火处理所导致的晶体结构变化对薄膜荧光光谱的影响,探讨了薄膜的结晶状态在Er3+激活、荧光光谱形状等方面的作用及可能的物理机制。研究结果表明:退火处理所导致的Er3+的PL的变化与薄膜的相结构之间有着密切的联系。退火温度低于700℃时的宽化谱和Er/Yb共掺TiO2薄膜的非晶结构有关,多峰结构的PL是Er3+在烧绿石相ErxYb2-xTi2O7中的典型特征。

Ni-Zr共掺TiO2纳米粉体的光催化性能研究

通过溶胶-凝胶法制备掺杂Ni-Zr共掺纳米TiO2,采用XRD、TEM和DRS等方法对光催化剂的晶向结构、显微形貌和光响应特性进行表征,并以罗丹明B为目标降解物,测试其光催化性能。结果表明Zr掺杂能够降低TiO2光催化剂的粒径,改善其光响应特性。Ni2+和Zr4+共掺杂可以通过协同作用提高样品的光催化活性。Ni-Zr共掺TiO2比纯TiO2具有更好的光催化效果,2%Zr和Ni共掺杂TiO2光照60min后对罗丹明B的降解率达到92%,比纯TiO2提高30%以上。

双元素共掺TiO_2的制备及光催化性能研究

采用溶胶-凝胶法分别制备了铁镧共掺TiO2和锌镧共掺TiO2纳米微粒,以罗丹明B为目标降解物,探讨了焙烧条件、掺杂量等制备条件,并考察了光催化降解罗丹明B的催化性能.结果表明,Zn-La-TiO2最佳焙烧条件为:500℃,3.5 h,Fe-La-TiO2最佳焙烧条件为:400℃,6.5 h;在紫外光条件下,Zn-La-TiO2最佳掺杂量为掺锌0.9%、掺镧0.8%,Fe-La-TiO2最佳掺杂量为掺铁0.9%、掺镧1.1%;随着催化降解时间延长,降解率提高;与纯TiO2相比,经双元素掺杂的TiO2吸附性能减弱;在太阳光下,与纯TiO2相比,Fe-La-TiO2光催化活性大大降低,Zn-La-TiO2光催化活性也有一定程度的降低.

TiO2/MgO共掺对99氧化铝瓷结构和微波介电性能的影响

采用无压烧结,在1550℃制备了TiO2/MgO共掺99氧化铝瓷。研究了不同比例的TiO2/MgO共掺对99氧化铝瓷的致密化、微观结构和微波介电性能的影响。研究发现:在共掺总量为1wt%的条件下,不同TiO2/MgO掺杂所得的99氧化铝瓷均为单一刚玉相;TiO2/MgO比例的提高有利于促进99氧化铝瓷的致密化、晶粒长大、介电常数εr的提高和介电损耗tanδ的降低;当TiO2/MgO为0.8 wt%/0.2 wt%时,99氧化铝瓷的密度可达3.88 g/cm^3,介电常数εr可达9.90,tanδ约为0.0003。

Li2CO3-Y3+共掺杂TiO2纳米材料的制备及光催化性能的研究

采用溶胶-凝胶法制备了Y^3+-TiO2纳米粒子,利用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外-可见光谱(UV-vis)等仪器对样品的物化性质进行了表征。以对亚甲基蓝为目标降解物,考查了Y^3+掺杂对纳米TiO2光催化活性的影响。实验结果表明,掺杂浓度摩尔比为0.03的Y^3+有利于提升TiO2光催化活性,能有效提高对亚甲基蓝的光催化降解效率。对TiO2纳米粒子进行了Y^3+和Li2CO3共掺杂,Li2CO3共掺Y^3+-TiO2相比于Y^3+-TiO2对亚甲基蓝的光催化降解效率有了进一步的提升,同时对相关机理进行了详细的论证,推测Li2CO3在本研究中起到空穴补偿剂而不是电荷补偿剂的作用。

氮钒硅掺杂TiO_2的表征及其可见光催化性能研究

以钛酸丁酯为Ti源,六次甲基四胺为N源,偏钒酸铵为V源,正硅酸乙酯为Si源,采用溶胶-凝胶法制备N-V-Si-TiO_2纳米材料。通过BET、UV-Vis和XRD等检测手段对N-V-Si-TiO_2的表面结构、晶型比例等进行表征分析,研究其在可见光条件下对甲醛、甲苯及SO2的可见光催化性能。结果表明,煅烧温度500℃、掺氮28%、掺钒1%、掺硅5%的N-V-Si-TiO_2平均孔径小、比表面积大、对可见光的吸收能力强,其催化降解甲醛、甲苯及SO2的效率最高分别可达89.6%,85.4%和98.7%,与N-V-TiO_2和纯TiO_2相比效率显著提高。N-V-SiTiO_2连续使用时间可达9h,与N-V-TiO_2和纯TiO_2相比延长3~4h,样品失活后再生恢复率最高可达95%,且重复使用5次后仍具有相当高的活性。

PANI/Fe-N-TiO_2复合材料的制备和光催化性能研究

以钛酸四丁酯为钛源,硝酸铁为铁源,尿素为氮源,采用溶胶-凝胶法合成了纳米级Ti O2、Fe/N-Ti O2。在此基础上,采用原位氧化法,用PANI对纳米级Ti O2、Fe/N-Ti O2进一步修饰改性,提高其光催化活性,并与商业化的P25一起用于降解甲基橙模拟有机废水的研究。结果表明,PANI修饰协同Fe、N元素掺杂能大幅度地提高二氧化钛的光催化活性,表现出良好的协同效应,使得模拟废水的降解率达80%以上。

Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO_2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究

采用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N,Sm分别单掺杂以及Sm-N共掺杂的锐钛矿TiO_2超胞模型,对其态密度、能带结构和吸收光谱进行了计算.结果表明:N单掺杂的锐钛矿TiO_2的红移效果最强,但Sm-N共掺杂锐钛矿TiO_2的载流子寿命更长,且共掺杂形成的体系更加稳定.

CTAB、La3+共掺纳米TiO2薄膜的制备与光催化性能研究(英文)

采用溶胶-凝胶法以玻璃为基底制备了纳米纯TiO_2、La^(3+)掺杂TiO_2和CTAB、La^(3+)共掺TiO_2薄膜,利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见吸收光谱仪(UV-Vis)对其进行表征,通过紫外光照下对甲基橙溶液的光催化降解率评估其光催化活性。研究结果表明:773K下,各样品的晶型均为锐钛矿型;掺杂能抑制TiO_2晶粒长大,减小晶粒尺寸;掺杂后使TiO2的吸收光谱发生红移,CTAB、La^(3+)共掺TiO2红移的比La^(3+)单掺TiO_2的更为明显,这有益于提高TiO2薄膜的光催化性能:La^(3+)掺杂能显著提高TiO_2的光催化活性,共掺杂能进一步提高,最佳薄膜层数为三层,最佳热处理温度为773 K。

Cu掺杂量对Zn-Cu共掺TiO2薄膜光学带隙的影响

采用溶胶-凝胶旋涂法,分别以钛酸四丁酯(Ti(OC4H9)4)为钛源、硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)为锌源、硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为铜源制备了不同掺杂量的Zn、Cu共掺TiO2薄膜。分别采用X射线衍射仪(XRD)、薄膜测厚仪、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)对所制备的样品进行表征。结果表明:与本征TiO2和2.0 at%Zn^2+-TiO2相比,Cu^2+的掺杂减小了样品的晶面间距及晶粒尺寸、增加了样品的半高宽及比表面积,进而提高了薄膜的光催化活性能。随着Cu2+掺杂量的增加,样品沿(101)晶面择优取向先增强后减弱,薄膜的吸光度呈现先升高后降低的趋势,TiO2的带隙值由3.424 eV减小到3.325 eV。与本征TiO2和2.0 at%Zn^2+-TiO2相比,2.0at%Zn^2+-1.0 at%Cu^2+-TiO2的样品结晶度最好,(101)晶面择优取向最佳,薄膜表面的缺陷较少、较为均匀平整且吸光度更好,光学带隙值最小为3.325 eV。

Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂的制备和性能

以玄武岩纤维(BF)为载体,用溶胶凝胶法将Ce-La-Ag共掺TiO2负载于BF上制备出Ce-La-Ag共掺杂TiO2/玄武岩纤维复合光催化剂。用光催化降解氨氮废水,研究了烧结温度和废水的pH值对Ce-La-Ag-TiO2/BF光催化活性的影响。结果表明:Ce-La离子与纳米Ag颗粒的协同作用使TiO2的禁带宽度由3.2eV降至2.15eV。Ce-La-Ag-TiO2的光催化活性优于纯TiO2、Ag-TiO2和Ce-La-TiO2,负载到BF使其光催化活性进一步提高。当复合光催化剂的烧结温度为600℃、氨氮废水的pH值为10.5、模拟可见光的照射时间为360 min时,Ce-La-Ag-TiO2/BF对氨氮废水重复降解5次的降解率仍高于88.2%。

C-Cr共掺锐钛矿TiO2光电协同调控机制的理论研究

基于密度泛函理论,结合投影缀加平面波方法,利用第一性原理VASP软件包对未掺杂、C掺杂、Cr掺杂以及C-Cr共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质进行了研究,揭示了C-Cr共掺锐钛矿型TiO2的光电协同调控机制。结果表明,单掺C体系中C 2p杂质轨道交叠在费米能级上,而锐钛矿TiO2的带隙值未改变;单掺Cr体系中杂质能级主要由O 2p和Cr 3d轨道杂化贡献,且带隙值降低了0.6 eV;相比未掺杂体系,C-Cr共掺体系增加了杂质带C 2p和Cr 3d,带隙值进一步降低为2.0 eV。此外,C掺杂、Cr掺杂和C-Cr共掺杂体系光吸收带边分别红移至490,600和700 nm。这是因为C-Cr共掺体系中,C能形成浅杂质能级作为价带顶部,而Cr形成的深杂质能级能减小电子跃迁的能垒,显著地增加了电子跃迁的概率,两者的协同作用极大的缩小了共掺杂体系的带隙值。研究结果表明C-Cr共掺杂可将锐钛矿TiO2的光吸收范围由紫外光区扩展至可见光区,有效地增强了共掺杂系统在可见光下的光催化活性和光转化效率。

CF-TiO2的制备及其在模拟太阳光下的光催化性能

以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和氟化钠分别为碳源和氟源,采用溶胶-凝胶法制备了CF-TiO2光催化剂,并对其进行了SEM、XRD、N2吸附、XPS、UV-visDRS和PL表征。研究了CF-TiO2在模拟太阳光下光催化降解亚甲基蓝溶液的活性,并讨论了氟掺杂量以及CTAB加入量对催化性能的影响。结果表明,CF-TiO2为锐钛矿型,孔结构丰富、比表面积大,氟碳共掺后使TiO2光催化剂的禁带宽度变窄为2.40 eV,在可见光区吸收增强,有效提高TiO2在模拟太阳光下的光催化活性,而且当n(F/Ti)(氟钛摩尔比)为0.1,加入碳源CTAB量为2 g时,其光催化活性最好。