钒氮共掺杂TiO2降解亚甲基蓝影响因素的研究

用溶胶-凝胶法制备钒氮共掺杂TiO2光催化剂,以亚甲基蓝的降解率为评价指标,考察钒氮共掺杂TiO2光催化降解亚甲基蓝的影响因素.结果表明,钒氮共掺杂能显著提高TiO2的光催化活性;在本实验条件下,钒氮添加量(与Ti的摩尔比)分别为0.1%、10%的TiO2于600℃焙烧、投入量为3g/L、溶液pH值为4~7、超声振荡30min、光照催化氧化处理4h的条件对处理低浓度亚甲基蓝溶液效果最好.     

水热法制备氮、钒共掺杂TiO2及光催化性能研究

采用水热法制备了不同氮、钒掺杂量的TiO2光催化剂,采用X射线衍射(XRD)对其结构进行表征,并通过对罗丹明B的日光降解实验,评价了其光催化活性.结果表明,制备的氮、钒共掺杂TiO2光催化剂比氮掺杂TiO2具有更高的催化活性,x=4(尿素与TiCl3的摩尔比)、y=0.045%(V5 摩尔含量)的氮、钒共掺杂催化剂的催化活性最高.     

Pt掺杂锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质第一性原理研究

为了研究Pt掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质的影响,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对未掺杂和Pt掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质做第一性原理计算。得到了掺杂前后的品格结构常数、结合能电子态密度分布、能带结构、介电函数虚部、光吸收系数等性质,定性地分析了掺杂前后能带结构和光学性质的变化。研究结果表明,Pt掺杂锐钛矿型TiO2带隙中能产生新的能带,而且能带位置明显下移,掺杂后不但能使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,表现出较高的光催化活性,理论与实验基本吻合。     

N/Zr共掺杂锐钛矿型TiO_2光催化协同作用机制的第一性原理研究

采用平面波超软赝势法计算了N,Zr单掺杂和共掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质.根据能量最低原理比较了不同替位掺杂构型的最稳定结构,而后分析单、共掺杂构型中各自的能带结构,通过计算态密度及分波态密度分析了其光学性质改善机制.此外通过分析体系的电荷密度图得出N与Zr有团簇成键的趋势.对不同掺杂体系的光学性质进行了对比分析,发现共掺杂方法可以有效增强TiO2材料对可见光的吸收以促进其更好的利用太阳能.本文的理论计算和分析将有助于理解共掺杂方法提高TiO2光催化效应的协同作用机制.     

第一性原理计算Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居、能带结构、电子分态密度和吸收光谱进行了计算.计算结果表明:Zr/S共掺杂导致锐钛矿相TiO2的晶格畸变使其体积变大,共掺杂时Zr和S的电荷布居数与单掺杂前的布居数略有不同;Zr/S共掺杂还导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度变大0.1eV,达到2.30eV,但是由于Zr/S共掺杂在TiO2禁带之内引入了杂质能级,这些杂质能级可以作为电子跃迁的"台阶"而降低电子从价带跃迁到导带所需的激发光子能量,这有可能是实验上制备的Zr/S共掺杂TiO2具有较高光催化活性的内在原因.     

碳掺杂对二氧化钛电子能带结构影响的研究进展

TiO2具有良好的光催化活性、化学性质稳定等特点,引起了人们的广泛关注.介绍了碳掺杂对TiO2电子能带结构影响的研究进展,分别就碳掺杂锐钛矿型和金红石型TiO2的电子能带结构的改变进行了较详细的综述.     

Ce掺杂锐钛矿型TiO_2密度的泛函理论应用

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一性原理平面波赝势(PWPP)方法,模拟计算了纯的TiO2和Ce掺杂锐钛矿TiO2的能带结构、态密度及光学性质,分析了Ce掺杂对锐钛矿TiO2的晶体结构、能隙、态密度和光吸收系数的影响.结果表明:Ce掺杂锐钛矿TiO2晶体后,Ce的4 f轨道进入导带使导带底向低能端移动,禁带宽度变小,吸收带红移,可见光区具有较大的光吸收系数,从而有助于提高TiO2的光催化活性,理论与实验基本吻合.     

稀土金属掺杂TiO_2光催化剂及活性预测的研究进展

对近年来稀土金属掺杂TiO_2光催化剂的制备和光催化机理进行了综述.以TiO_2为例,光催化反应只发生在当高能量紫外光照射在催化剂上.稀土金属作为掺杂剂展现了极好的潜能,不仅可以使吸收红移,还能够提高TiO_2的光催化活性.制备的方法包括溶胶凝胶法、水热法、模板法、阳极氧化法、静电自组装法和沉淀法等.文章重点强调了单稀土掺杂对TiO_2的晶型、粒径、光学性质、比表面积和光催化活性的影响,比较了稀土金属共掺杂与单掺杂的不同.分析了基于第一性原理的密度泛函理论对其光催化活性的研究,讨论了晶格参数、能带结构、电子结构、几何结构、态密度以及光学性质等理论计算.最后提出了通过模式识别预测稀土掺杂TiO_2的光催化活性的可行性.     

不同掺杂二氧化钛的电子和晶体结构与光催化性能的关系

对未掺杂、氮掺杂、碘掺杂和铂掺杂的锐钛矿TiO_2进行了第一性原理计算。结果表明,三种掺杂TiO_2带隙中都产生新的能带。这些新出现的能带是掺杂TiO_2响应可见光的原因。而且铂掺杂TiO_2的带隙缩小,响应波长更宽。铂掺杂和碘TiO_2的能带位置明显下移,表明其具有更强的氧化性。偏态密度分析表明掺杂元素提供的轨道参与了价带和导带的构成。通过对晶体结构的分析和TiO_6八面体偶极矩的计算,发现I掺杂后晶体结构明显畸变,其次是铂掺杂,氮掺杂几乎无畸变。而这种畸变产生的偶极矩能促进载流子的迁移,提高光催化活性。计算结果很好地解释了未掺杂和掺杂TiO_2在可见光照射下的光催化活性差异。     

Ag掺杂对TiO_2性质影响的第一性原理研究

采用Ag原子对锐钛矿型TiO2半导体进行掺杂,利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Ag掺杂TiO2的晶体结构和能带结构.计算表明,Ag掺杂导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄,从而导致吸收光谱红移.同时对Ag、Cu这两种同族原子进行掺杂比较,结果证明,用Ag原子对锐钛矿型TiO2进行掺杂在提高光催化性能方面效果更好.     

溶胶-凝胶法制备La3+、碳纳米管掺杂纳米TiO2及光催化性能

采用溶胶-凝胶法,分别制备了不同掺杂量的La3 掺杂TiO2、多壁碳纳米管掺杂TiO2及La3 与碳纳米管共掺杂纳米TiO2粒子.通过紫外光照射甲基橙溶液的光催化降解实验,研究了掺杂对TiO2光催化活性的影响.实验表明,适量的La3 掺杂可以提高TiO2的光催化活性,最佳掺杂浓度为La3 摩尔分数等于0.08%,碳纳米管掺杂也可以提高TiO2的光催化活性,La3 与碳纳米管共掺杂TiO2具有最高的光催化活性.10%(碳原子的摩尔分数)碳纳米管、0.08%La3 (摩尔分数)共掺杂TiO2在1 h内对甲基橙溶液的降解率达到84%,而纯TiO2在1 h内对甲基橙溶液的降解率只有约53%.X衍射图谱和透射电镜分析表明,制得的TiO2均为锐钛矿型,晶粒直径约为8～25 nm.     

Cu/N共掺杂ZnS电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了本征ZnS、N单掺杂、Cu-N共掺杂与Cu-2N共掺杂ZnS晶体的能带结构、电子态密度与光学性质.结果表明,Cu/N共掺杂体系降低了体系的带隙,增加了其光催化活性.对于Cu-2N掺杂,分析其态密度,发现共掺杂体系的总态密度在费米能级附近更加弥散,更多的态密度穿越费米能级,使共掺杂更容易获得p-型ZnS,同时费米能级附近的杂质态降低了跃迁能,使得共掺杂体系能有效提高其在可见光区的吸收系数.     

氮对光催化性能的影响:TiO_2纳米球和纳米线对比研究

使用阳极氧化和氨气退火N化的方法制备了N掺杂的TiO2纳米球薄膜和纳米线薄膜.经过N掺杂TiO2纳米线薄膜与未掺杂纳米线可见光区的光吸收强度相差不大,能带宽度从未掺杂样品的3.2eV缩小为3.1eV.TiO2纳米球薄膜在可见光区的光吸收显著增强,能带宽度由未掺杂样品的3.2eV缩小为2.8eV,同时纳米球生长被抑制,其直径约为50nm,明显小于未掺杂TiO2样品的100mn.在可见光照射TiO2氮掺杂纳米线薄膜和纳米球薄膜降解4h后,溶液中亚甲基蓝的浓度分别降至45%和44%,N掺杂样品获得了优异的可见光光催化活性.研究表明N掺杂导致的O空穴浓度增加和能带宽度有效减小是其可见光区光催化活性增强的主要原因.     

铁钛复合催化剂的光催化性能

过渡金属掺杂TiO2目前仍被认为是最有前途的光催化材料之一,可以用于解决环境问题(如废水处理),但在解释金属离子对TiO2基体作用机理上仍具有挑战性.评估了高分散Fe掺杂TiO2催化剂的光催化活性并探究了其对TiO2基在能带结构上的作用机理,通过超声浸渍法配合高温烧结法制备低质量分数(0.33wt.％)掺杂的FeOx/...     

g-C3N4/TiO2复合光催化剂制备及其第一性原理计算

为了提高二氧化钛（TiO2）在可见光范围下的光催化活性,采用三聚氰胺与商用TiO2高温复合制备出高效的g-C3N4/TiO2复合型光催化剂。通过单因素实验研究三聚氰胺与TiO2的质量配比、煅烧温度和煅烧时间对g-C3N4/TiO2光催化活性的影响。在单因素控制变量法下设计正交实验确定其最佳制备工艺为：三聚氰胺和纳米TiO2 的质量配合比为3.5:1,煅烧温度为580 ℃,煅烧时间为3.5 h,在该工艺条件下得到的g-C3N4/TiO2复合光催化剂对一氧化氮（NO）的降解效率高达74.77%。然后基于第一性原理从原子尺度出发计算复合体系的能带结构和差分电荷密度,分析其光催化活性增强机理。计算结果发现两个表面之间会形成一个内极电场,延长了光生电子和空穴的寿命,导致光催化活性增强。     

稀土金属掺杂Ti02 光催化剂及活性预测的研究进展

对近年来稀土金属掺杂Ti02 光催化剂的制备和光催化机理进行了综述. 以Ti02 为例，光催化反应只发生在当高能量紫外光照射在催化剂上.稀土金属作为掺杂剂展现了极好 的潜能，不仅可以使吸收红移，还能够提高Ti02的光催化活性.制备的方法包括溶胶凝胶法、 水热法、模板法、阳极氧化法、静电自组装法和沉淀法等.文章重点强调了羊稀土掺杂对Ti02 的晶型、粒径、光学性质、比表面积和光催化活性的影响，比较了稀土金属共掺杂与羊掺杂的不 同.分析了基于第一性原理的密度泛函理论对其光催化活性的研究，讨论了晶格参数、能带结 构、电子结构、几何结构、态密度以及光学性质等理论计算.最后提出了通过模式识别预测稀土 掺杂Ti02的光催化活性的可行性.     

可见光响应复合金属氧化物光催化剂的分子设计

本文基于密度泛函理论的第一性原理,利用模拟软件materials studio(MS)中Castep模块,研究了锐钛相TiO2晶体的几何结构、能带结构、电子密度,以及不同金属掺杂对TiO2晶体几何结构和电子结构的影响.计算得到的能带结构和态密度等数据结果标明:掺杂离子的能级位置对TiO2的可见光吸收效率有重要影响.当掺杂金属在其价带顶或导带底附近产生新的"杂质能级",可以拓宽TiO2对可见光的吸收范围,并增强吸收强度,进而认为,Bi的掺杂是较好的研究方向.     

Fe^3＋，Zn^2＋共掺杂高效纳米TiO2光催化剂的制备表征及光催化性能

利用溶胶-凝胶法制备了Fe3 ,Zn2 单一掺杂及共掺杂的纳米二氧化钛粉体,并用SEM,XRD对其进行了表面形貌和物相表征,模拟太阳光下对亚甲基蓝溶液进行了降解实验.结果表明,Fe3 ,Zn2 掺杂500℃度热处理2 h得到的二氧化钛均为锐钛矿相,共掺杂抑制TiO2晶粒长大的作用最明显,粒径最小.对亚甲基蓝的光催化实验表明,单一Zn2 或Fe3 掺杂对TiO2的光催化活性影响不大,而Fe3 ,Zn2 共掺杂能明显提高TiO2的光催化活性.催化剂的粒径大小以及共掺杂元素的协同作用可能是共掺杂提高光催化活性的主要原因.     

Fe，Gd共掺杂改性TiO2的可见光光催化活性

采用溶胶-凝胶法制备了铁和钆共掺杂纳米TiO2粉体材料,研究了共掺杂粉末在可见光下的光催化性能.紫外可见吸收光谱分析显示:共掺杂粉末在可见光区有较强吸收,共掺杂离子以协同作用拓展TiO2光谱响应.光催化降解实验表明,共掺杂TiO2粉体有很高的可见光光催化活性,以550 ℃热处理的同时掺杂质量分数为0.05%Fe和0.05%Gd的TiO2粉体光催化效果最好,在可见光下对甲基橙的降解率为79.6%.     

掺钒TiO2粉末的制备及光催化活性

为提高TiO2的光催化活性,采用溶胶-凝胶法制备了两种不同掺钒方式的TiO2粉末,并用XRD、TEM、XPS和UV-V is等技术对样品进行了表征,通过对甲基橙的光催化降解动力学来验证催化剂的光催化活性.结果表明:在500℃下焙烧3 h后制得的催化剂为锐钛矿相,粒径在15~30 nm之间;与单一的V/TiO2不同,往纯TiO2中掺杂V/TiO2后,XPS测试中检测不出V2p的特征峰;光催化实验证实,当V/TiO2与纯TiO2处于一定比例时样品具有更高的催化效率.