N-Cu共掺杂金红石相TiO_2光催化剂的第一性原理研究

TiO2是一种广泛应用的无机金属氧化物半导体材料,利用掺入杂质来改善TiO2的光催化和光电转换性能已成为近年来研究的热点。采用密度泛函理论体系下第一性原理的平面波超软赝势方法研究了单N掺杂、单Cu掺杂和N-Cu共掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学性质。结果表明:N与Cu共掺杂后,由于N2p电子与Cu3d电子协同作用,在TiO2禁带中产生了新的杂质能级。其中一条处于稳态,另一条处于亚稳态,电子跃迁能有效减小,更有利于光生电子-空穴对有效分离,大大改善了TiO2的光催化性能。N与Cu共掺杂使TiO2的光吸收系数曲线在可见光区发生了比单N掺杂和单Cu掺杂更大的红移,反射率也增大。     

N 和 Fe 共掺杂对TiO2电子结构和光学性质影响的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了N 和 Fe共掺杂锐钛矿相TiO2的电子结构和光学特性。计算结果表明,不同位置N 和 Fe共掺杂影响共掺TiO2的稳定性。通过态密度讨论了掺杂TiO2带隙变窄的机理。 不同位置N 和 Fe共掺杂影响了可见光吸收。N 和 Fe共掺杂的协同效应导致了可见光吸收的增强。因此,N 和 Fe共掺杂也许增强TiO2在可见光区的光催化能力。     

纳米TiO_2光催化剂的改性及应用研究进展

对纳米TiO2的光催化反应机理及制备方法做了简要阐述,重点介绍了目前在纳米TiO2掺杂改性方面,尤其是非金属掺杂和共掺杂改性方面的研究进展。氮掺杂的TiO2是新发现的具有可见光催化活性的复合光催化剂,非金属掺杂可以使复合物的禁带宽度小于纯TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收边向可见光方向移动。对TiO2的N、C、S、P、卤素掺杂以及共掺杂的国内外研究现状进行了评述,分析了提高TiO2可见光催化活性的原因。对纳米TiO2光催化应用领域进行简单介绍,最后提出了在TiO2光催化剂研究中期待解决的问题及今后的发展方向。     

纳米TiO2光催化剂的改性及应用研究进展

对纳米TiO2的光催化反应机理及制备方法做了简要阐述,重点介绍了目前在纳米TiO2掺杂改性方面,尤其是非金属掺杂和共掺杂改性方面的研究进展。氮掺杂的TiO2是新发现的具有可见光催化活性的复合光催化剂,非金属掺杂可以使复合物的禁带宽度小于纯TiO2的禁带宽度,从而使TiO2的吸收边向可见光方向移动。对TiO2的N、C、S、P、卤素掺杂以及共掺杂的国内外研究现状进行了评述,分析了提高TiO2可见光催化活性的原因。对纳米TiO2光催化应用领域进行简单介绍,最后提出了在TiO2光催化剂研究中期待解决的问题及今后的发展方向。     

铁氮共掺杂制备TiO_2及其蓝光下的光催化性能

用硝酸铁和盐酸羟胺分别作Fe源和N源,在TiO2溶胶中同时引入Fe和N,一步合成得到Fe、N共掺杂的纳米TiO2粉末。用XRD等技术研究了焙烧温度和N源量对其晶相结构的影响,并用低功率蓝光LED作光源测试其光催化性能。结果表明,400℃焙烧的Fe、N共掺杂TiO2粉末具有最好的催化性能,2h内对若丹明B的降解率达68.0%。增加N源量,有利于Fe在TiO2晶格中扩散,减小晶粒度;Fe、N共掺杂对TiO2的催化性能具有协同作用,其催化能力明显优于单掺杂样品;降解机理可能与紫外光源有所不同。     

单Mo和Mo/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构计算

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算了Mo单掺杂和Mo/S共掺杂锐钛矿相TiO2的能带结构、电子分态密度、电子密度和吸收光谱。结果表明,Mo单掺杂在锐钛矿相TiO2导带底下方引入了两条主要由Mo 4d轨道组成的掺杂能级,而Mo/S共掺杂在TiO2的禁带之内共引入了四条掺杂能级,位于价带顶上方的两条主要由S 3p轨道组成,而位于导带底下方的两条掺杂能级则主要由Mo 4d和S 3p轨道杂化形成。Mo单掺杂和Mo/S共掺杂分别使TiO2的禁带宽度增大0.36 eV和0.43 eV,从而出现吸收带边的蓝移。电子密度图表明,Mo单掺杂对TiO2的晶格影响较小,但Mo/S共掺杂则使TiO2的晶格畸变程度加大。     

第一性原理研究N/V 和 C/Cr双掺杂锐钛矿型TiO2光催化剂的协同效应

非金属（C或N）和过渡金属（V或Cr）掺杂是一种能够有效地调整锐钛矿型TiO2的光电化学性能的补偿型掺杂方法。本文采用平面波超软赝势方法计算了不同物种掺杂的补偿型双掺杂TiO2的形成能和电子结构来研究其稳定性和在可见光区域的光敏性,计算结果表明采用过渡金属双掺杂有利于提高p型掺杂（N和C）的浓度。尤其是补偿型掺杂不仅可以通过减小能隙来提高光吸收性能,消除局域捕获来提高载流子的移动和转化效率,并且能够保持导带边缘的氧化还原势。这些结果有助于理解双掺杂提高TiO2光催化活性的协同作用机制。     

Yb和Ni共掺杂对α-MgAgSb室温热电材料的性能调控研究

单一Yb元素掺杂能有效提升α-MgAgSb室温热电材料的热电性能,但Yb元素在α-MgAgSb中较小的固溶度严重限制性能的进一步提升。本文采用Yb和Ni共掺杂来适当增加Yb掺杂元素的固溶度,提高α-MgAgSb的热电性能。结果表明,Yb和Ni原子质量和大小差异均会引起声子散射,极大地降低了α-MgAgSb的热导率,而且Yb和Ni共掺杂能延后双极效应。通过Yb和Ni共掺杂,α-MgAgSb的热电优值峰值达到1.05。     

铁、镧共掺杂纳米TiO2可见光催化性能研究

通过溶胶-凝胶(Sol-Gel)法制备了铁、镧共掺杂纳米TiO2,采用X线衍射仪(XRD)、X线光电子能谱(XPS)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)和荧光分光光度计(FL)等测试手段对样品进行表征。结果表明,500℃煅烧后的掺杂TiO2均呈锐钛矿型,平均粒径为6.1nm,掺杂抑制了TiO2粒径的长大,掺杂的Fe3+、La3+能有效进入TiO2晶格。掺杂使TiO2的吸收带边红移且在可见光区的光吸收增强,样品的荧光强度越小,催化效果越好。可见光光催化降解甲基橙实验结果表明,可见光照射5h,最佳共掺杂的0.01%Fe/0.6%La-TiO2对甲基橙的降解率达40.7%。     

Yb∶YAG晶体荧光性能的调控研究

为了对Yb∶YAG晶体荧光性能进行调控以使其更好地应用于高能脉冲型激光器,结合密度泛函理论和晶体场理论,对掺杂调控后的Yb∶YAG晶体的电子结构、光谱学性质进行了理论计算,分析了不同粒子掺杂和占据格位情况下Yb∶YAG晶体的荧光性能,并在此基础上计算配方完成晶体生长实验、制备样品进行荧光性能测试验证。结果表明,通过以上过程掌握了Yb∶YAG晶体荧光寿命等参数的调控方法,共掺Cr后的Yb∶YAG荧光寿命可以从1.18 ms降低至0.94 ms。该研究为Yb∶YAG晶体实现高能脉冲激光应用奠定了理论和实验基础。     

First-principle study on anatase TiO_2 codoped with nitrogen and ytterbium

Crystal structures, electronic structures and optical properties of nitrogen and ytterbium doping anatase TiO_2 were calculated by first principles with the plane-wave ultrasoft pseudopotential method based on the density functional theory. The calculated results show that the octahedral dipole moments in TiO_2 increase due to the changes in lattice parameters, bond length and charges on atoms, which is very effective for the separation of photoexcited electron-hole pairs and the improvement of the photocatalytic activity of TiO_2. The interband transition between OP_π states and Yb4f states make nitrogen and ytterbium doped TiO_2 manifest greater absorption coefficients in the visible-light region.     

TiO2超细微粒的有序组装

将水解法制备的ＴｉＯ２超细闰溶胶液滴于水平旋转的高取向热解石墨（ＨＯＰＧ）基底上，可形成一定面积的有序性排列较好的二维结构，基底ＨＯＰＧ具有原子级粗糙度表面。沿液膜铺展方向取点进行原子力显微镜观察，证实了在扩展液膜边缘的ＴｉＯ２超细微粒有序性最好，而且粒径最小；造近落滴位置处，粒子多聚集成一定的畴结构，粒子的粒径也增大。此外，对比观察了落滴于水平云母基底上形成膜的表面形貌，进行了相应的讨论。     

新型MOS氧化层TiO_2薄膜

采用低压MOCVD法在(111)取向硅基上制备了TiO2薄膜代替通常MOS结构的SiO2,并测量了TiO2薄膜的介电常数、表面固定电荷密度和电阻率,与SiO2作比较,结果表明:TiO2的MOS结构比SiO2具有更优良的性质,更适应于超大规模集成电路制造。     

SiO_2包覆纳米TiO_2的初步探讨

为了改善纳米TiO2的分散性,利用表面包覆技术,在TiO2的表面形成致密的SiO2膜,以达到改性的目的。讨论了SiO2包覆纳米TiO2的作用、机理和包覆工艺条件,并对包覆后的TiO2通过透射电子显微镜、Z-3000Zeta电位与粒度分布仪以及红外光谱分别进行分析。实验结果表明,包膜后的TiO2表面状态发生了变化,TiO2在水溶液中的分散性能得到明显改善。由红外光谱得知,这种包覆不仅是物理包覆,也是一种化学键合,在TiO2的表面形成Ti—O—Si键。     

TiO_2基压敏陶瓷的研究进展

TiO2基压敏陶瓷的非线性伏安特性和介电性能优良,具有吸收高频噪声和过电压保护的功能。综述了此陶瓷的制备工艺、烧结制度、施主、受主掺杂和烧结助剂等对TiO2基压敏陶瓷电性能的影响之研究现状,并阐述了TiO2基压敏陶瓷未来的研究方向。     

纳米TiO2光催化杀灭大肠杆菌的超微结构研究

在近紫外光的照射下，纳米TiO2具有较强的光催化灭茵效果。用透射电子显微镜较完整地研究纳米TiO2光催化杀灭大肠杆菌的超微结构变化。结果表明，纳米TiO2可直接或间接作用于大肠杆菌；光催化过程中产生的氢氧自由基等活性氧类物质可导致大肠杆菌的外壁和质膜严重破损、断裂；胞浆流出；细胞质凝聚；类核区解体和丝状染色质消失。本研究为探讨纳米TiO2光催化灭茵机理提供了直观的证据。     

氧流量对TiO_2薄膜光电性质的影响

采用直流反应磁控溅射法在FTO基底上制备了TiO2薄膜,研究了在不同氧流量条件下TiO2薄膜的拉曼光谱、表面形貌和透射光谱,并将TiO2薄膜用N719染料进行敏化,制备了染料敏化太阳电池,测试了电池的I-V特性曲线。实验结果表明:随着氧流量的增加,电池的短路电流和光电转换效率先增加而后降低,在15cm3时达到最大;薄膜为锐钛矿和金红石的混合晶体结构;氧流量对薄膜的表面形貌影响不大,薄膜都表现出疏松多孔的表面结构。     

Ta2O5对TiO2基压敏陶瓷半导化的影响

研究Ta2O5对（Sr，Bt，St，Ta）掺杂的TiO2基压敏陶瓷半导化的影响，发现随着Ta2O5增加，晶粒电阻呈现“U”字型变化规律，按照配方TiO2＋0．3％（SrCO3＋Bt2O3＋SiO2）＋0．1%Ta2O5（摩尔分数）配制的样品的晶粒电阻最小，这表明适当增加施主Ta2O5的含量有助于材料晶粒的半导化。     

相转移法制备高纯超细TiO2技术研究

报道了用相转移法制备高纯超细ＴｉＯ２的新技术；探讨了Ｔｉ（Ⅳ）从有机相转移到水相发生水解反应的机理 ；通过ＴＧ－ＤＴＡ分析以及ＸＲＤ物相分析对水解产物的组成、热分解机理，晶型转变规律进行了研究，建立了水解产物焙烧的最佳温度。     

具有新型空穴缓冲层材料TiO2的有机薄膜发光器件

以溶胶凝胶法制备的TiO2作为空穴缓冲层．在结构为ITO／TiO2／NPB／Alq／LiF／A1的器件中,改善了器件的发光效率。研究了TiO2厚度对器件发光特性的影响。在电流密度为100mA／cm^3时,有缓冲层的器件发光效率为5cd／A,而没有缓冲层的器件发光效率为3．45cd／A,有TiO2缓冲层的器件发光效率有了明显提高。