TiO2基材料的能帶調制與光電性能的理論與實驗研究.pdf

1、本文圍繞著銳鈦礦型 TiO2的能帶調制及光電性能進行了大量系統(tǒng)深入的理論和實驗探究。
　　首先，完善了溶膠凝膠法和水熱法制備銳鈦礦相TiO2納米材料的基本方法流程，XRD確定銳鈦礦轉變?yōu)榻鸺t石的相變溫度為750℃至850℃之間。然后利用水熱法制備非金屬元素修飾的TiO2，發(fā)現(xiàn)退火步驟可以促進結晶，但降低催化性能，其中I修飾的TiO2表現(xiàn)出較強的催化能力，對甲基橙30min催化率能達到80％以上。
　　第三步利用溶劑熱法制備稀

2、土元素修飾的TiO2，發(fā)現(xiàn)稀土離子抑制了晶相轉變和晶粒生長，晶粒粒徑變小，比表面積增大，催化活性顯著提高。摻雜雙稀土離子的樣品的降解效率明顯優(yōu)于摻雜單稀土元素的光催化劑，摻雜比例0.5%La+0.5%Y的TiO2對甲基橙30min催化率達到85.94%。第四步利用水熱法制備了S2-、Fe3+修飾的TiO2，研究了金屬和非金屬元素的協(xié)同作用，發(fā)現(xiàn)摻雜后 TiO2的粒徑減小，可吸收光波波長的臨界值由387nm移動到400nm附近，即減小了能

3、隙，S、Fe共摻雜可使TiO2對甲基橙的降解率獲得進一步提升。
　　第五步采用溶膠-凝膠法制得Pure_TiO2、N/Fe_TiO2、N/Fe/La_TiO2粉體材料，XRD樣品為銳鈦礦相，但離子摻入引起晶格畸變，顆粒變小，發(fā)光峰移至425nm，能隙減小，進一步證明了N元素與其他金屬元素的協(xié)同作用，并測得N/Fe/La_TiO2光催化降解能力比N/Fe_TiO2強，即利用稀土元素獨特4f電子結構的復雜能級項可以進一步增強TiO2的

4、催化能力。
　　第六步利用第一性原理計算了典型離子摻雜對TiO2的晶體結構和電子結構的影響，發(fā)現(xiàn)摻雜使TiO2晶格發(fā)生畸變，利于光生電子-空穴對的分離，雜質軌道電子雜化在導帶與價帶間形成雜質能級，減小了TiO2的帶隙寬度，使光吸收曲線紅移到可見光區(qū)，使其對可見光的利用率提高，并使位于TiO2價帶頂?shù)碾s質能級的態(tài)密度峰明顯增大，增加電子躍遷概率，提高對太陽能的利用率，綜合作用使TiO2的光催化活性得到大幅提升，從理論上部分解釋了摻雜