GaN（0001）表面吸附TiO2的DFT研究

建立了GaN(0001)2×2表面吸附模型,采用基于DFT动力学赝势方法,对TiO2分子的吸附进行了理论计算.研究了TiO2分子在GaN(0001)表面的吸附成键过程、成键方位及表面化学键特性.计算结果表明吸附过程经历了物理吸附、化学吸附与稳定态形成的过程,化学结合能达到7.184～7.423 eV.不同初始位置的TiO2分子吸附后,Ti在fcc或hcp位置,两个O原子分别与表面两个Ga原子成键,Ga—O化学键表现出共价键特征,O—O连线与GaN[11-20]方向平行,与实验观测(100)[001]TiO2//(0001)[11-20]GaN一致.     

锐钛矿型TiO2(101)表面吸附NO2微观特性的理论研究

TiO2作为传感器的敏感材料具有灵敏度高、响应时间快、工作温度低等独特优点,故而受到广泛重视。本文通过基于密度泛函理论(DFT)框架下的第一原理的平面超软赝势方法,运用CASTEP软件包模拟计算了NO2吸附在锐钛矿型TiO2(101)面的吸附距离、吸附能、电子态密度以及光学性质。通过完整锐钛矿型TiO2(101)面和含有1个氧空位缺陷表面对NO2的吸附计算发现,NO2分子在表面吸附时,以O端吸附结构最为稳定;含有1个氧空位的表面对NO2的吸附能大于锐钛矿型TiO2(101)完整表面;吸附过程为放热过程;NO2分子在含有1个氧空位缺陷表面发生吸附时,对可见光低能部分的吸收率较好,可见光范围内的吸收和反射性质发生明显的改变,光学气敏传感器的特性表现显著,以此来探测汽车尾气中NO2气体的含量。研究为锐钛矿型TiO2作为灵敏传感器材料探测汽车尾气有害气体的实验室研制提供理论基础。
     

含氧空位锐钛矿表面的非金属杂质对其吸附NH3特性的影响

【目的】金属氧化物光学气敏材料可用来灵敏检测环境气体成分及浓度,而对这一材料的掺杂是改善其光学气敏特性的一种重要途径。【方法】基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,模拟计算了含氧空位锐钛矿Ti O2(101)表面掺杂非金属C、N、F对 NH3 分子吸附,对掺杂后锐钛矿 TiO2(101)表面结构的稳定性、NH3 分子吸附后表面结构的稳定性、态密度、电荷分布、差分电荷密 度、光学性质给以理论 分析。【结果】分析发现:非金属杂质C,N,F 易掺杂于有氧空位的TiO2(101)表面,且有基底的稳定性从大到小依次为 C,N,F;杂质元素掺杂于基底表面提高了基底表面氧空位的氧化性,更有助于NH3分子的吸附,且杂质元素对基底氧空位氧化性的贡献从小到大依次为 C,N,F;通过态密度和光学性质分析,NH3 分子吸附在 C和 N 掺杂于含氧空位 Ti O2(101)基底表面相对于无掺杂含氧空位 Ti O2(101)基底表面降低了材料在可见光范围内的利用率;而吸附在 F元素掺杂于含氧空位 Ti O2(101)基底表面对可见光范围内的利用率相对于吸附在无掺杂含氧空位Ti O2(101)基底表面的利用率提高了5倍。【结论】掺杂 F 元素显著的提高了材 料 的 光 学 气 敏 传 感能力。
     

N_2O和CO_2在N+Fe/TiO_2(101)面吸附的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,研究了N2O和CO2气体在N/Fe共掺杂锐钛矿TiO2(101)面最稳定结构的吸附,并与其在洁净TiO2(101)面的结果进行了对比.详细比较了三原子气体不同吸附位、不同吸附端在Fe位及N位吸附的吸附能、键长和键角的变化.结果表明:N2O在Fe位吸附较清洁表面强,为化学吸附;CO2在改性表面的吸附较清洁表面弱.     

TiO2(110)表面负载Ni及共吸附CO的密度泛函研究

采用DFT/B3LYP方法对Ni在TiO2(110)表面的5种可能负载模式及CO的6种吸附模型进行优化,计算了它们的吸附能、振动频率.结果表明,Ni倾向以垂直于O(2f)的形式负载在TiO2(110)表面,CO以C端与2个Ni原子桥连的方式吸附在Ni/TiO2(110)面时有利于C-O键的断裂.通过态密度分析发现,Ni/TiO2(110)体系是由Ni3dyz和3dxz组成的表面态,正是该表面态提高了完整TiO2(110)面对CO催化分解活性.计算结果与实验一致.     

纳米TiO2光催化剂在酸性黑水溶液中的吸附机制

目的研究纳米TiO2光催化剂在酸性黑NB水溶液中的吸附机制。方法以偏钛酸为钛源,均匀沉淀法制备纳米TiO2光催化剂,用TEM,XRD对所得纳米TiO2光催化剂的结构进行了表征。以获得的纳米TiO2光催化剂为吸附剂,对纳米TiO2在酸性黑NB水溶液中的吸附机制进行了实验研究。结果TiO2-NB水溶液固-液两相吸附符合Langmiur等温吸附式,测定了模型参数。确定的模型参数最大吸附量xmax为10.78 mg,吸附平衡常数q为0.257 L/mg。结论溶液的pH值对纳米TiO2-NB水溶液的吸附影响明显,pH越小表面吸附越强;IR进一步地分析了纳米TiO2-NB水溶液的吸附过程。吸附机制分析表明,NB分子在表面上的吸附是由于TiO2表面极性特性引发的表面羟基化。     

TiO2颗粒表面包覆Al2O3纳米膜及其表征

采用连续法在TiO2颗粒表面进行了纳米层Al2O3的包膜,通过TEM、HRTEM、EDS、XPS、ICP和光学性质表征,证明了Al2O3在TiO2颗粒表面形成了一层连续的纳米膜,该层纳米膜比较疏松,厚度为7—10nm。XPS证明Al2O3为物理包覆,没有Ti—O—Al键形成。光学性质的检测表明了Al2O3包膜后TiO2其消色力、白度、光泽性都有明显提高,并且其在表面憎水性增强,油中分散性提高。     

ATO/TiO_2粉体的制备及导电性能研究

采用化学共沉淀法,制备Sb掺杂SnO2(ATO)包覆微纳米TiO2导电粉体,研究了不同的制备工艺条件对ATO/TiO2复合粉体电阻率的影响,得出最佳包覆方案:TiO2浆料浓度25%,m(SnCl4·5H2O)/m(TiO2)=25%,m(SbCl3)/m(SnCl4·5H2O)=12%,反应温度60℃,pH值1.5,包膜时间3h,煅烧温度500℃,煅烧时间3h;通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等对表面包覆前后的微纳米ATO/TiO2的结构进行了分析表征.结果表明,ATO颗粒是以物理吸附的方式吸附在二氧化钛表面.     

氟掺杂纳米二氧化钛制备及其光催化性能研究进展

 氟离子掺杂能够改变TiO2的光生载流子传输、比表面积、孔道结构、表面酸度等本征性质,从而影响光生电子-空穴派对的复合和对母体化合物的吸附,因此氟离子掺杂能够显著提高TiO2的光催化活性,尤其是紫外光下的光催化活性。氟掺杂纳米TiO2在制备过程中,容易受到制备技术、热处理温度、前躯体种类和化学计量等的影响,而使纳米TiO2的晶体结构和表面性质发生变化,这些变化主要体现在如金红石相形成、生成Ti3+、量子产率增加以及改变吸附性（如表面极性）等方面。本文综述了氟修饰TiO2的制备及光活性,主要包括催化剂制备方法、相变过程和母体化合物的矿化。     

纳米TiO_2薄膜对痕量Cu(Ⅱ)的吸附研究

应用溶胶-凝胶法,以玻璃为基底,制备了表面结构均匀的纳米TiO2薄膜.SEM和XRD分析结果表明,TiO2薄膜由粒径50 nm左右的锐钛矿TiO2颗粒构成.利用纳米TiO2的表面吸附活性,系统研究了纳米TiO2薄膜对于水中痕量Cu(Ⅱ)的吸附活性.探讨了溶液的pH值、吸附时间、Cu(Ⅱ)初始质量浓度对纳米TiO2薄膜吸附率的影响,确定了最佳吸附条件.纳米TiO2薄膜对Cu(Ⅱ)的吸附等温线为"L"型,表现出单分子层吸附特征.1.0 mol/L硝酸可将吸附在薄膜表面的Cu(Ⅱ)洗脱.     

锐钛矿型TiO_2（101）表面吸附NO_2微观特性的理论研究

TiO2作为传感器的敏感材料具有灵敏度高、响应时间快、工作温度低等独特优点,故而受到广泛重视。本文通过基于密度泛函理论（DFT）框架下的第一原理的平面超软赝势方法,运用CASTEP软件包模拟计算了NO_2吸附在锐钛矿型TiO_2（101）面的吸附距离、吸附能、电子态密度以及光学性质。通过完整锐钛矿型TiO_2（101）面和含有1个氧空位缺陷表面对NO_2的吸附计算发现,NO_2分子在表面吸附时,以O端吸附结构最为稳定;含有1个氧空位的表面对N02的吸附能大干锐钛矿型TiO_2（101）完整表面;吸附过程为放热过程;NO_2分子在含有1个氧空位缺陷表面发生吸附时,对可见光低能部分的吸收率较好,可见光范围内的吸收和反射性质发生明显的改变,光学气敏传感器的特性表现显著,以此来探测汽车尾气中NO_2气体的含量。研究为锐钛矿型TiO_2作为灵敏传感器材料探测汽车尾气有害气体的实验室研制提供理论基础。     

TiO2对废水中硫化物的吸附性能研究

研究了TiO_2对废水中硫化物的吸附,探究了化学改性剂、时间、温度、pH及投入量对其吸附效果的影响.实验结果表明:TiO_2对废水中的硫化物有一定的吸附效果,其中最佳化学改性剂为NaOH,最佳吸附时间为5 h,吸附温度为40℃,溶液pH为8,投入量为80 g/L.     

TiO_2纳米管薄膜的制备及其光电性能研究

将水热法制备的TiO2纳米管在600℃下焙烧,用焙烧产物制备染料敏化太阳能电池中的薄膜电极,同时与未焙烧的TiO2纳米管制备的薄膜电极进行光电性能比较。结果表明,600℃焙烧纳米管产物制备的薄膜电极短路电流和开路电压分别达到17.45mA/cm2和0.60V,光电转化效率提高到5.65%,高于未焙烧的TiO2纳米管制备的薄膜电极相应值,且机械性能良好,不易剥落。     

Photocatalytic Activity of TiO2 Coating on Natural Feather Zeolite in Degradation of Orthomonochlorphenol

Ti02 coatings on natural feather zeolite are respectively prepared by a collosol （Sol-gel） method and two powder coating methods with deionizod water or dehydrated ethanol as a dispersant. During degradation of orthomono- chlorphenol solutions by ultraviolet, the strong adsorption capability of the zeolite results in increased concentration of substrate on its surface. The Ti（h film coated on feather zeolite further enhances the photocatalytic activity. The TiO~ film on the zeolite prepared by the Sol-gel method is found more effective as a catalyst than that by two powder coating methods.     

以紫茎泽兰为模板制备的C/TiO_2复合材料对苯酚吸附性能的研究

选用紫茎泽兰茎和叶为模板制备了C/TiO_2复合材料,采用X线衍射(XRD)、N2等温吸附-脱附、电子扫描电镜(SEM)、电子透射电镜(TEM)和电子能谱等技术,对产物进行表征和分析;并研究了不同煅烧时间、煅烧温度条件下以紫茎泽兰为模板制备的C/TiO_2复合材料对苯酚吸附能力的影响.结果表明,以紫茎泽兰叶和茎为模板的C/TiO_2材料,成功保留了紫茎泽兰叶和茎的气孔,叶脉、茎维管束和孔道结构.煅烧时间为4 h、煅烧温度为1 000℃时,以紫茎泽兰叶为模板制备的C/TiO_2复合材料对质量浓度为50×10-6苯酚吸附效果最佳,吸附率达到97.8%.     

化学沉淀法和溶胶- 凝胶法制备纳米二氧化钛及其抑菌性的研究

用化学沉淀法和溶胶-凝胶法制备纳米二氧化钛颗粒;利用X射线衍射和紫外-可见光吸收光谱分析法,重点研究氨水浓度和煅烧温度对二氧化钛纳米晶生长及其光学性质的影响.结果表明:氨水浓度的上升有利于纳米晶粒径的下降;煅烧温度的上升能促进结晶度的上升,同时煅烧温度和结晶度对粒径也有影响.随着粒径的下降,纳米晶的光吸收边蓝移.在得到颗粒的各项性质参数后,实验验证了普通日光灯下纳米二氧化钛颗粒的光催化抑菌性能.     

碳掺杂二氧化钛的稀磁特性

作为新型材料的稀磁半导体(DMS)在大规模集成电路、高频率器件和光电子器件等方面得到广泛的运用.这主要源于稀磁半导体(DMS)同时具备半导体的电学性质和磁性材料的磁学性质.采用放电等离子烧结(SPS)制备了碳纳米管掺杂的锐钛矿相二氧化钛和未掺杂锐钛矿相二氧化钛样品,样品的结构、形貌、成分、氧空位和磁性等物理性质分别通过XRD,TEM,Raman,XPS,PL,VSM等表征手段进行了分析.综合实验结果,发现氧空位的存在和室温铁磁性正相关.     

金属杂质对二氧化钛光催化性能的影响

在二氧化钛中引入金属杂质以提高二氧化钛的光催化活性受到人们的广泛研究。本文对金属杂质引起的二氧化钛光催化性能的改变进行了综述，总结了含有金属杂质的二氧化钛光催化降解有机物的机理，并对今后可能需进行的研究进行了探讨。     

超细二氧化钛的合成技术进展

超细二氧化钛具有许多独特的性能，应用范围很广。对超细二氧化钛的合成技术进展进行了回顾，并指出研究和应用方面有待解决的问题。