TiO2基材料的能帶調(diào)制與光電性能的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文圍繞著銳鈦礦型 TiO2的能帶調(diào)制及光電性能進(jìn)行了大量系統(tǒng)深入的理論和實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(jìn)結(jié)晶，但降低催化性能，其中I修飾的TiO2表現(xiàn)出較強(qiáng)的催化能力，對(duì)甲基橙30min催化率能達(dá)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(zhuǎn)變和晶粒生長(zhǎng)，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(duì)甲基橙30min催化率達(dá)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(zhǎng)的臨界值由387nm移動(dòng)到400nm附近，即減小了能

3、隙，S、Fe共摻雜可使TiO2對(duì)甲基橙的降解率獲得進(jìn)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(jìn)一步證明了N元素與其他金屬元素的協(xié)同作用，并測(cè)得N/Fe/La_TiO2光催化降解能力比N/Fe_TiO2強(qiáng)，即利用稀土元素獨(dú)特4f電子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜能級(jí)項(xiàng)可以進(jìn)一步增強(qiáng)TiO2的

4、催化能力。
　　第六步利用第一性原理計(jì)算了典型離子摻雜對(duì)TiO2的晶體結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)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(duì)的分離，雜質(zhì)軌道電子雜化在導(dǎo)帶與價(jià)帶間形成雜質(zhì)能級(jí)，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(duì)可見光的利用率提高，并使位于TiO2價(jià)帶頂?shù)碾s質(zhì)能級(jí)的態(tài)密度峰明顯增大，增加電子躍遷概率，提高對(duì)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