Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

亲水型TiO2纳米阵列的制备及其抗菌性能的研究

近年来研究发现,自然界材料表面结构的特异性,可通过制备相似仿生材料实现。鉴于抗菌材料的广泛需求和应用,仿生抗菌材料成为研究热点之一。由于其化学性质稳定、廉价易得及生物相容性良好,TiO₂材料可被用于仿生抗菌材料的研究,而制备具有仿生结构的可控TiO₂纳米阵列材料具有很大的研究意义。利用简易的水热合成法,通过调控反应时间在掺杂氟的SnO₂导电玻璃（FTO）上成功制备TiO₂纳米阵列材料,进行了物化性能和抗菌性能测试。材料物化分析表明：随着反应时间的增加,TiO₂纳米阵列沿（002）晶相排布更密集,且表面水接触角从85.97°逐渐变化为19.11°。材料的表面抗菌实验结果表明,TiO₂纳米阵列材料对革兰氏阴性菌和阳性菌均表现出了良好的抗菌效果,这将为制备表面亲水性的抗菌复合材料提供备选材料。     

溶胶-凝胶法制备稀土Lu掺杂TiO2薄膜的附着性能及在自然光条件下的光催化性能

利用Materials Studio分析了Lu掺杂TiO₂的光学性质;设计正交试验采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备稀土元素Lu掺杂TiO₂薄膜,引入计算机图形方法分析了影响薄膜附着性能的工艺因素及规律,分析了薄膜在自然光条件下降解甲基橙的效果.结果表明：与纯TiO₂相比,Lu掺杂TiO₂的禁带宽度降低了0.18eV;pH值是影响薄膜与玻璃基体附着性能的主要工艺参数,随着pH的减小,薄膜附着性能开始增加;在650～800nm波长范围内,Lu掺杂TiO₂后,薄膜开始出现光的吸收现象,在400～650nm波长范围内光的吸收强度提高了40%～90%;在自然光条件下,在经过180h的自然光照后,Lu掺杂TiO₂薄膜对甲基橙溶液的降解率达55%.     

钯单原子负载氮掺杂碳催化剂的制备及其室温催化甲醛水溶液制氢性能

以高温热解金属有机框架生成的氮掺杂碳材料(CN)为载体，钯单原子(Pd₁)为活性组分，制备负载Pd₁的催化剂(Pd₁/CN)。使用X-射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对Pd₁/CN催化剂进行了结构和形貌表征，并评价了其在室温条件下催化甲醛产氢性能。结果表明：Pd₁/CN催化剂的制氢性能明显优于常规Pd纳米颗粒(NPs)和负载Pd纳米颗粒的Pd/CN。分析反应条件对产氢性能的影响发现，在1 mol/L NaOH和0.6 mol/L HCHO浓度下，Pd₁/CN催化剂30 min内的产氢量最高，可达54.5 mL,并表现出优异的循环稳定性。     

锐钛矿型TiO2(001)和(100)面能带排列的理论研究

对于半导体光催化反应，表面水的吸附状态会影响半导体的能带位置，进而影响其光催化效率.本文基于密度泛函理论，通过构建单层水吸附的锐钛矿型TiO₂(001)和(100)表面模型，计算了不同水吸附状态下的吸附能，从而来初步预测两种表面最稳定的水分子吸附构象.计算结果表明，水分子在TiO₂(001)和(100)表面上混合吸附时对应的吸附能最低.因此，两种表面热力学上最稳定的单层水吸附构型是混合态吸附.另外，水分子的吸附会导致TiO₂(001)和(100)面的能带位置发生上移，从而靠近真空能级.相比于TiO₂(001)面，(100)面能带位置上移程度更大.     

过渡金属掺杂TiO2纳米片的制备及其增强光催化性能研究

以钛酸四丁酯(TBOT)为反应物前驱体,采用溶剂热法制备了一系列过渡金属(TM=Mn, Co, Ni, Cu, Zn)掺杂TiO₂(TM-TiO₂)纳米片状结构光催化材料.利用XRD,TEM,UV-Vis DRS,XPS等手段表征了材料的结构、形貌及光学特性.通过罗丹明B(RhB)降解实验测试了上述材料的光催化活性并讨论了光催化作用机理.实验结果表明：与纯TiO₂相比,TM-TiO₂的光催化活性明显增强,不同的TM掺杂浓度对TM-TiO₂光催化性能的影响存在一定的差异,其中Cu-TiO₂表现出相较于其他4种过渡金属离子掺杂TiO₂更优的光催化性能.TM-TiO₂光催化性能的提高得益于离子掺杂在TiO₂晶格中引起的局部晶格畸变增强了TiO₂的光吸收能力,同时有效促进了光生电子与空穴的分离.     

TPU/TiO2/PDMS复合纤维膜的制备及性能研究

为了制备兼具防紫外线性能和疏水性能的TPU/TiO₂/PDMS复合纤维膜，采用静电纺丝与纳米颗粒超声负载相结合的技术将TiO₂纳米颗粒成功地负载于TPU静电纺丝纤维膜中，并用PDMS对负载了TiO₂纳米颗粒的TPU静电纺丝纤维膜进行固化处理，SEM结果表明：TPU/TiO₂/PDMS复合纤维膜的表面被成功地负载上了TiO₂纳米颗粒，且分布较均匀；防紫外测试结果表明TiO₂纳米颗粒在纤维膜上的负载使TPU静电纺丝纤维膜的UPF值得到了极大的提升，随着TiO₂纳米颗粒负载量的增加，TPU/TiO₂/PDMS复合纤维膜的UPF值逐渐增加，且当TiO₂纳米颗粒负载量为1.5 wt%时，UPF值大幅提升了75.8%.接触角测试结果表明在TiO₂纳米颗粒与PDMS共同构筑的粗糙且低表面能的复合纤维膜表面下，纤维膜的表面由亲水转变为疏水状态，随着TiO₂纳米颗粒...     

稀土氧化物掺杂对TiO2/沸石光催化性能的影响

以钛酸丁酯和稀土氧化物为原料, 采用溶胶 凝胶法制备了镧、 钕和镱稀土离子掺杂TiO₂/沸石光催化剂. 通过XRD和IR方法对样品进行表征, 研究了不同沸石粒径及不同稀土氧化物掺杂量(质量分数)对农药敌敌畏光催化降解性能的影响. 结果表明, 当沸石最佳粒径为0.15 mm, La³⁺掺杂量质量分数为3.0%时（以TiO₂质量计）, 稀土离子的掺杂可显著提高TiO₂//沸石的光催化降解性能.     

2D TiO2/Ag3PO4异质结复合催化剂的制备及其光催化性能研究

采用溶剂热法制备了二维TiO₂纳米片（2D TiO₂）,然后通过原位生长法在其表面沉积Ag₃PO₄,得到2D TiO₂/Ag₃PO₄异质结复合光催化材料。通过透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见分光光谱法（UV-Vis）、X射线光电子能谱（XPS）、N₂吸附-脱附法（BET）等手段对催化材料进行了表征,评价了2D TiO₂/Ag₃PO₄在可见光下催化降解罗丹明B （RhB）的性能,并结合荧光和电化学测试结果,提出了2D TiO₂/Ag₃PO₄的可见光催化机理。结果表明,2D TiO₂/Ag₃PO₄的吸附-光催化降解性能随着Ag₃PO₄含量的增加而提高;少量H₂O₂可以极大地提高2D TiO₂/Ag₃PO₄的光催化活性;光催化降解RhB过程中的主要活性物质是·OH和·O^-₂,异质结的存在使2D TiO₂/Ag₃PO₄具有比2D TiO₂更优异的光催化活性、电荷分离能力和更快的光电子转移速率。     

团簇Mo2S4的催化析氢活性计算分析

利用Gaussian 09程序对团簇Mo₂S₄进行全参数的优化计算,根据前线轨道理论对计算所得的10种稳定构型进行催化析氢反应活性的研究,由前线轨道图及团簇Mo₂S₄与水分子的前线轨道能级差探究团簇Mo₂S₄在催化水解析氢中的反应活性,进而确定团簇Mo₂S₄催化析氢活性最好的理论模型。结果表明,团簇Mo₂S₄单重态构型的稳定性优于三重态构型,三重态构型催化水解析氢的能力相较于单重态构型更占优势;构型5^（3）在吸附氢原子与解吸氢原子的反应中都有较好的反应活性,构型4^（1）的反应活性最弱。     

金红石TiO2(011)表面的理论研究进展

基于密度泛函理论 (DFT) 的第一性原理 (First-principles) 计算方法，就金红石TiO₂(011)表面在理论方面的研究进展做了介绍.首先，通过阐述研究金红石TiO₂(011)表面的必要性和实验在其结构方面的研究进展，介绍了金红石TiO₂(011)表面的电子结构和光学性质，指出并验证了该表面对可见光有较强的响应能力.随后，介绍了金红石TiO₂(011)表面的缺陷和杂质，指出吸附H原子和形成O缺陷后还能显著增强其在红外区的红外吸收.在此基础上，不仅从理论上提供了一些传统实验所无法提及的数据资料，还弥补了相关实验在微观领域研究中的不足.最后，就目前金红石TiO₂(011)表面研究中存在的问题做了展望，指出金红石TiO₂(011)表面各种表面现象的微观本质是未来研究的重点内容.     

二氧化钛/硅异质结光电导传感器的阻抗特性研究

采用喷雾热解法在单晶硅(Si)上制备二氧化钛(TiO₂)薄膜,以金属铟作为背电极构成TiO₂/Si异质结光电导传感器.采用X-射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和拉曼光谱对样品的晶体微结构及表面形貌进行表征,通过紫外可见光谱研究TiO₂薄膜的光学吸收性能,在不同光照强度(5、10、15、20 mW·cm^-2)下通过高精度数字电桥TH2828测试异质结的交流阻抗,并给出了等效电路并解释其光电导机制.     

TiO2纳米颗粒胶体活化系统设计及流场仿真分析

紫外光(UV)诱导纳米颗粒胶体射流加工可实现硬脆晶体材料亚纳米级超光滑表面的加工,根据其材料去除原理可知,伴随抛光过程的进行,胶体中TiO₂纳米颗粒表面会吸附一层工件表面的被去除原子,从而影响TiO₂纳米颗粒胶体的活性和光催化性.为了实现TiO₂纳米颗粒胶体的循环使用,基于O₃/UV高级氧化法对使用后的TiO₂纳米颗粒胶体再活化机理进行了研究,同时结合紫外光诱导纳米颗粒胶体射流加工系统设计了TiO₂纳米颗粒胶体活化系统,对系统内的再活化反应室结构进行了流体动力学仿真,仿真结果表明其结构设计满足TiO₂纳米颗粒胶体的活化要求.     

可循环竹纤维/TiO2复合材料的制备与光催化性

 将再生竹纤维加入氟钛酸铵与硼酸的混合溶液中,经水热法合成,得到纤维素/TiO₂复合材料。以紫外光为光源,研究纤维素/TiO₂复合材料对甲基橙水溶液的催化降解性能。通过FT-IR、XRD、SEM等对纤维处理前后进行化学结构和微观形貌表征,结果表明：TiO₂与纤维素形成的氢键等分子间作用力使TiO₂被吸附到纤维素表面上,复合材料出现528 cm^-1的O-Ti-O键的吸收峰。在紫外光照射60 min下,复合材料对甲基橙水溶液的光催化降解率为95.9%,与纯TiO₂相当;复合材料可反复降解甲基橙水溶液5次。本实验合成的复合材料为污水处理提供了一种简单、低成本、环境友好的方法。     

基于碳量子点的TiO2改性及降解污染物性能

采用溶胶-凝胶法合成掺入碳量子点(CQDs)的TiO₂纳米复合光催化剂,通过荧光光谱、紫外-可见吸收光谱、X射线衍射、扫描电镜等进行表征,并在可见光下降解亚甲基蓝(MB)染料溶液以评价其光催化性能.研究表明,CQDs具备上转换荧光特性,掺入CQDs的TiO₂样品可见光响应明显提升.水热法180℃下反应6h制备的CQDs,其溶液加入量为10mL时TiO₂/CQDs样品光催化活性最高,115min后MB的降解率达80%.TiO₂/CQDs样品主要以锐钛矿相存在,颗粒呈球形,比表面积高达200m³·g^-1.     

Au/TiO2的制备方法对其SPR的影响

纳米金粒子沉积在TiO₂表面制得具有表面等离子体共振效应(SPR)的Au/TiO₂,是目前提高TiO₂光催化剂对太阳能的利用率和量子效率的重要途径之一,本文以氯金酸(HAuCl₄·3H₂O)和P25型纳米TiO₂为原料,采用紫外可见分光光度计探讨了温度对化学还原制备金溶胶的SPR的影响; 并以紫外漫反射进行表征.比较了化学还原热沉积法、化学还原光沉积法和光还原沉积法制得Au/TiO₂的SPR差异,结果表明,光还原沉积法是一种高效、经济且环境友好型制备较强SPR的Au/TiO₂的方法.     

NiO/TiO2纳米管阵列异质结电极的制备及光电化学性能

采用阳极氧化方法在金属钛表面制备TiO2纳米管阵列,管内径为60~90 nm,壁厚约为15 nm,长度为600 nm,通过化学镀Ni并结合空气中热处理过程,在TiO2表面生长出NiO纳米颗粒层,厚度约为200 nm,颗粒尺寸为20~40 nm,获得异质结型NiO/TiO2纳米管阵列复合电极.结果表明,在100 mW/c...     

氧化硅基底负载TiO2薄膜的制备及其光催化应用研究

以钛酸丁酯为钛源，乙酰丙酮和冰醋酸为水解抑制剂，聚乙二醇为致孔剂，制备了一种稳定的TiO₂水溶胶。采用浸渍提拉法将TiO₂溶胶负载到活化的载玻片上，再经180℃水热或500℃煅烧得到TiO₂薄膜催化剂。采用扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线晶体衍射（XRD）和Raman光谱等分析手段对样品进行了表征，结果表明：TiO₂薄膜是由粒径为8~12 nm的球形颗粒组成的多孔结构，其晶型为结晶度良好的锐钛矿。以甲基橙为光降解物，在紫外灯下测试薄膜的光催化性能，结果显示煅烧处理的TiO₂薄膜催化剂的光催化活性优于水热处理，对低浓度甲基橙的降解效率达90%以上，并且多次重复使用后光催化活性基本保持不变。     

单水协同作用下甲硫氨酸分子的手性转变机制

基于密度泛函理论的B3LYP方法,在6-311+G(2df)基组水平上研究单水协同作用下的甲硫氨酸(Met)分子手性转变反应过程,寻找Met分子手性反应过程中各中间体与过渡态的极值点结构,绘制单水协同作用下完整的Met分子手性转变路径反应势能面,并分析各极值点的几何和电子结构特性.结果表明:单水协同作用下S型Met分子手性C上的H原子以羧基内10O-19O原子为桥梁,转移至手性C原子的另一侧,实现从S型到R型Met分子的手性转变;该路径有4个中间体和5个过渡态,最大反应能垒为199.275 5kJ/mol,来源于第2个过渡态TS_2-S-Met1H_2O-2.