Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

La/S共掺杂对锐钛矿相TiO2电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理对La/S共掺杂前后锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居以及电子结构进行了计算.结果表明:La/S共掺杂导致TiO2晶格膨胀并减小了锐钛矿相TiO2的禁带宽度,同时在TiO2禁带之内引入了局域态的杂质能级,这些杂质能级可以充当电子从价带到导带跃迁的桥梁以减小激发光子的能量从而提高太阳光的利用率.为实验上合成的La/S共掺杂TiO2可见光催化剂提供了一定的理论基础.     

第一性原理计算锐钛矿型TiO2电子结构及力学性能分析

 基于第一性原理中的密度泛函理论,采用CASTEP程序包,计算分析了锐钛矿型TiO2的能带结构、电子态密度和弹性常数等性能参数. 结果表明,锐钛矿型TiO2 属间接带隙半导,最小能隙为2.2eV. Ti和O之间存在明显的电子转移现象,电子分布具有强烈的定域性,但由于存在杂化现象,Ti-O键还表现出部分共价键特征. 在四方晶系中,这种离子键和共价键混合的网络状复合键结构使材料表现出大的体积弹性模量204.44GPa,由于在TiO2晶体结构中,滑移系统较少,材料断裂时突凸显脆性,韧性差,剪切模量相对较小为64.71GPa.     

第一性原理计算锐钛矿型TiO2电子结构及力学性能分析

基于第一性原理中的密度泛函理论,采用CASTEP程序包,计算分析了锐钛矿型TiO2的能带结构、电子态密度和弹性常数等性能参数．结果表明,锐钛矿型TiO2属间接带隙半导,最小能隙为2．2eV．Ti和O之间存在明显的电子转移现象,电子分布具有强烈的定域性,但由于存在杂化现象,Ti-O键还表现出部分共价键特征．在四方晶系中,这种离子键和共价键混合的网络状复合键结构使材料表现出大的体积弹性模量204．44 GPa,由于在TiO2晶体结构中,滑移系统较少,材料断裂时突凸显脆性,韧性差,剪切模量相对较小为64．71 GPa．     

板钛矿相TiO2电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了板钛矿相TiO2的电子结构、态密度、电荷密度和光学性质。计算结果表明板钛矿相TiO2为直接带隙氧化物,禁带宽度为2.36 eV;计算并分析了板钛矿相TiO2的复介电常数、复折射率、光电导谱、吸收系数、反射率和损失函数,计算得到其静态介电常数为(100)、(010)和(001),方向分别为4.12、3.37和3.45,折射率分别为2.03、1.83和1.89;通过对比发现,由于板钛矿相TiO2晶体结构的对称性,在(100)、(010)和(001)方向上具有明显的光学各向异性,为板钛矿相TiO2的应用提供了理论参考数据。     

Cr掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的第一性原理计算

对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究．通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在Cr掺杂后,Cr原子3d轨道上的电子在TiO2的导带底产生了不稳定的杂质能级,使得禁带宽度变窄,在较小的光量子能量照射下（即在较大波长的光照射下）它的催化性能有所提高;但由于它的杂质能级波动幅度较大,在短波长的光照射下,跃迁上的电子容易发生跌落,使得掺Cr的锐钛矿相TiO2光催化性能降低．     

Au掺杂锐钛矿TiO2的光吸收能力第一性原理计算

TiO_2作为光催化材料由于其带隙较大只能吸收380 nm以下的近紫外光,为了令锐钛矿TiO_2更广泛应用于光催化领域中,需要对锐钛矿进行改进来增强其光吸强度甚至增加其对可见光的吸收能力.采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,通过Au原子替换TiO_2的钛原子获得Ti_1-mAu_mO_2材料计算模型,使用Material studio8.0中的CASTEP模块对Au掺杂锐钛矿TiO_2进行第一性原理计算,讨论了Au掺杂对锐钛矿晶体能隙、态密度、光吸收京数等方面的影响.结果显示,Au掺杂可以使晶体的禁带宽度减小,并且使TiO_2的光吸收系数阈值发生红移,增强了光吸收的能力,在可见光区表现出一定程度的吸收.     

Cr、Mn掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的方法,研究了纯锐钛矿相TiO2、Cr、Mn单掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.对电子性质分析发现:Mn掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV,而最低点与价带相距大约0.65 eV,其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Mn原子的3d轨...     

S掺杂锐钛矿TiO_2电子结构的第一性原理研究

对完整锐钛矿TiO2晶体及S掺杂锐钛矿TiO2晶体电子结构进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究.通过对能带、态密度的分析,发现在S掺杂后,O原子,S原子与Ti原子在导带区发生了强烈的相互关联作用,致使Ti原子3d轨道上的电子向S原子的3p轨道,O原子的2p轨道移动,使得导带向低能区移动,从而使TiO2的禁带宽度变小,吸收边红移.从而揭示了S掺杂导致锐钛矿TiO2晶体禁带宽度变小的机理.理论计算与实验结果基本相符.     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

BiOBr/TiO2复合光催化材料的制备及其光催化性能的研究

采用水热法制备了TiO_2、BiOBr、BiOBr/TiO_2复合光催化剂材料,用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射(UV-Vis)、红外吸收光谱(FTIR)对其进行表征,并以甲基橙为降解物,进行了光催化性能的研究。结果表明:复合材料BiOBr/TiO_2中BiOBr和TiO_2不同的质量比、水热反应温度、水热反应时间、对BiOBr/TiO_2复合光催化剂的光催化性能都有影响,当BiOBr/TiO_2的质量比为1:1、水热反应温度为160℃、水热反应时间12 h,BiOBr/TiO_2复合光催化剂的光催化活性最佳,甲基橙降解率可达97.19%。     

TiO_2-SnO_2异质结纳米棒催化剂高效光降解甲基橙

采用水热法合成SnO_2-TiO_2异质结纳米棒光催化剂,该材料具有独特的纳米棒和异质结结构,可有效阻止光生电子和空穴的复合,通过光电流、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)等表征手段证明其异质结功效.该材料作为光催化剂,使用时能大幅提升紫外光降解甲基橙(MO)的效率.     

Fe2O3/TiO2复合光催化剂的制备及其表征

以硝酸铁为铁源、硫酸钛为钛源,采用微乳液法制备Fe2O3/TiO2复合光催化剂,并用SEM、FTIR、XRD、BET和甲基橙脱色率对复合光催化剂进行表征。结果表明,铁与钛的摩尔比为1∶3、煅烧温度为500℃以及煅烧时间为1.5h时,所制Fe2O3/TiO2复合光催化剂疏松多孔、颗粒细小且热稳定性高,经紫外光照15min后,其对甲基橙的降解率为99.7%,与相同条件下制备的TiO2相比,Fe2O3/TiO2复合光催化剂具有更好的光催化活性和更大的比表面积。     

Preparation and photocatalytic activity of Cu-doped TiO2/SiO2

Cu²⁺-doped nanostructured TiO₂-coated SiO₂ (TiO₂/SiO₂) particles were prepared by the layer-by-layer assembly technique and their photocatalytic property was studied. TiO₂ colloids were synthesized by the sol-gel method using TiOSO₄ as a precursor. The experimental results showed that TiO₂ nanopowders on the surface of SiO₂ particles were well distributed and compact. The amount of TiO₂ increased with the increase in coating layers. The shell structure appeared to be composed of anatase titania nanocrystals at 550°C. The 2-layer coated TiO₂ particles on the surface showed a higher degradation rate compared with all the different-layer samples. The photocatalytic activity of Cu²⁺-doped TiO₂/SiO₂ was higher than that of undoped TiO₂/SiO₂. The optimum dopant content was about 0.10wt%.     

TiO2/SiO2/GQDs双层增透膜的制备及其在太阳能板中的应用

采用溶胶-凝胶法制备了SiO₂ 和TiO₂ 纳米溶胶,采用水热法制备了石墨烯量子点（graphene quantum dots,GQDs）。为进一步提高光伏太阳能板的透光率,设计了一种TiO₂/SiO₂/GQDs双层增透膜结构。探究了薄膜的结构、自清洁性能和增透性能,并进一步讨论了GQDs在增透性中的作用。结果表明,SiO₂-TiO₂/TiO₂-GQDs结构的双层薄膜厚度为120 nm时,太阳能板上的光透过率由未涂敷的85%增加至95%。接触角实验和室外耐环境性能实验测试表明,复合膜层接触角为10°,并具有良好的亲水性和耐环境性能。此外,户外实验结果表明,涂覆该薄膜的太阳能电板发电效率提高6%。由此说明双层增透膜可有效地提高太阳能电池板的光能利用率和使用寿命,可高效地利用太阳能。     

TiO2微粉对Al2O3-MgO-Cr2O3浇注料性能的影响

马克思的市民社会决定国家理论的形成,经历了一个思想交锋、自我批判、绵延提升直至最终导出唯物史观之创建的逻辑进程。马克思立足于《莱茵报》时期的感性经历,先后运用哲学、历史学和政治经济学的方法和知识对黑格尔理性国家观进行系统的理论清算,纠正了黑格尔的市民社会与国家关系的“历史错位”,首次确立了“社会本体论”原则。市民社会决定国家理论的形成是标志着唯物史观开始诞生的第一命题。分析马克思市民社会决定国家理论的发展脉络和演进逻辑,有利于澄清马克思市民社会理论与唯物史观的内在关联,科学评价市民社会理论在历史唯物主义中的历史地位。     

TiO2/SiO2复合光催化剂制备工艺参数优化及其表征

先以无机钛盐、硅酸盐为原料制取聚合硅酸硫酸钛,再通过液相水解法制得TiO2/SiO2复合光催化剂,并用SEM、XRD、BET和甲基橙脱色率对复合光催化剂进行表征。结果表明,TiO2/SiO2复合光催化剂制备优化工艺参数为:Ti(SO4)2作钛源、Ti/Si摩尔比为12∶1、水解反应pH值为6、煅烧温度为650℃,以此条件制备的复合光催化剂对甲基橙脱色率可达98.6%以上;TiO2/SiO2复合光催化剂为一种分散均匀的纳米级球形颗粒,其成分为以锐钛矿为主的TiO2,SiO2的复合有效抑制了TiO2晶粒的生长,同时提高了TiO2的热稳定性。     

硫化镉/石墨烯/TiO_2纳米棒阵列的光电化学性能

采用水热法在掺氟导电玻璃(FTO)上生长TiO_2纳米棒阵列。通过电化学伏安法将氧化石墨烯还原并沉积在TiO_2纳米棒阵列上,再经过化学水浴沉积硫化镉,形成Cd S/石墨烯/TiO_2阵列复合材料。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜及X射线能量色散仪对样品的晶型、形貌以及成分进行分析。通过电化学工作站表征样品交流阻抗、开路电位、光电流响应及光化学能转换效率。结果表明,复合材料的电荷转移电阻约是未修饰的TiO_2纳米棒阵列的1/17,光电流比未修饰的TiO_2纳米棒阵列提高约2.5倍,在外加电压为-0.6 V时可达到2.2%。     

具有介孔结构的锐钛矿型C,Co-MTiO2抗菌性能研究

为了开发不需要人造光源激发,只需要微弱室内光线且改性离子不易泄漏的新型无机抗菌材料,以钛酸异丙酯为钛源,表面活性剂十二胺为模板剂,通过水热合成和超声波联用技术,合成了非金属元素C和金属元素Co共掺杂的具有介孔结构的锐钛矿型二氧化钛(C,Co-MTiO2).用N2等温吸附-解吸附、X-射线衍射(XRD)、高分辨透射电镜(HRTEM)、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)和X-射线光电子能谱(XPS)对材料进行了表征,结果表明,该材料为热稳定性好,比表面积高,具有较大介孔孔径的锐钛矿型TiO2.在无人造光源激发的室内环境中,进行了材料的抗菌性能以及细菌吸附研究,结果表明这种材料在该环境中对大肠杆菌(E.colli)有很好的抑制作用和吸附作用,比Co-MTiO2的抑菌活性提高了20%,具有很好的应用前景.     

Fe_2O_3/TiO_2复合纳米管阵列的制备及其可见光催化性能研究

在氟化铵-乙二醇体系中,采用阳极氧化法在铁基体上制备Fe_2O_3纳米管阵列,然后以氟钛酸铵为钛源,利用水热法在Fe_2O_3纳米管阵列上负载TiO_2纳米片,制得Fe_2O_3/TiO_2复合纳米管阵列,利用SEM、EDS、XRD、TEM、UV-Vis等手段,对所制Fe_2O_3/TiO_2纳米管阵列的表面形貌、物相结构及光催化性能进行表征,并分析Fe_2O_3/TiO_2纳米结构对亚甲基蓝的可见光降解能力。结果表明,Fe_2O_3/TiO_2复合纳米管阵列具有良好的可见光响应;NH_4F浓度为0.4%、水热反应3h制备的Fe_2O_3/TiO_2复合结构具有最佳的光催化性能,对亚甲基蓝的降解率可达90%。