金红石型TiO2(110)表面与Ag相互作用的第一性原理研究

采用第一性原理计算Ag与金红石型TiO2(110)晶面的相互作用。通过计算金红石型TiO2(110)面上2种键桥对Ag原子的吸附能，发现键桥Ti形式与Ag原子结合的吸附能低于键桥O形式的吸附能；通过进一步的电荷布居、单位键长以及电子结构的计算，发现键桥Ti形式的Ti-Ag之间的结合能大于键桥O形式的Ti-Ag之间的结合能，这说明Ag原子更容易与金红石型TiO2(110)面上的键桥Ti上的Ti原子发生反应生成相应的化合物。     

锐钛矿型TiO_2及α-Al_2O_3抑制聚硫化锂扩散的第一性原理研究

由长链聚硫化锂的溶解和扩散引起的"穿梭效应"是导致锂硫电池性能严重劣化的原因之一。TiO_2和Al_2O_3作为常见的电极添加剂可以有效抑制聚硫化锂的扩散。本文通过第一性原理计算从分子层面探讨了锐钛矿型TiO_2及α-Al_2O_3抑制穿梭效应的机理。计算结果表明,TiO_2/Al_2O_3与聚硫化锂分子Li2SX(X=4,6,8)之间形成了化学键。其中,Li2SX(X=4,6,8)与锐钛矿型TiO_2(101)之间形成了Li-O键和和S–Ti键。Li2SX(X=4,6,8)与α-Al_2O_3(0001)之间形成了Li-O键和S-Al键。     

Ag掺杂多孔TiO_2涂层耐腐蚀性与抗菌性研究

通过磁控溅射和微弧氧化处理在纯钛表面制备出Ag掺杂多孔TiO_2涂层(Ag-TiO_2)。利用扫描电镜、X-射线衍射仪对Ag-TiO_2涂层形貌、相组成进行了分析,并探究了其耐腐蚀性和抗菌性能。结果表明,Ag-TiO_2涂层表面呈多孔结构,孔径均小于5μm,Ag分布在整个二氧化钛涂层中。Ag-TiO_2涂层主要由金红石和锐钛矿型TiO_2相组成。Ag-TiO_2涂层具有良好的抗菌性,且Ag的掺杂未降低基体的耐腐蚀性。     

SnO_2@TiO_2核-壳纳米线的制备及其光催化性能

通过固-液-气(VLS)生长机制,利用化学气相沉积法(CVD)制备SnO_2纳米线。利用原子层沉积(ALD)以钛酸四异丙酯为前驱体在SnO_2纳米线表面沉积不同厚度的TiO_2壳层,形成SnO_2@TiO_2核-壳纳米线结构。通过中间Al_2O_3插层,分别制备出金红石和锐钛矿2种不同晶型的TiO_2,从而制备出2种不同复合结构的SnO_2@TiO_2核-壳纳米线。实验研究该复合结构中TiO_2的厚度与晶型对紫外光下光催化降解甲基橙溶液活性的影响。     

Keggin型磷钨酸复合TiO_2染料敏化太阳电池的制备及性能

采用浸渍负载法制备Keggin型磷钨酸(PW_(12))-TiO_2粉体,再与TiO_2混合,通过刮涂法得到PW_(12)/TiO_2薄膜。利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射(XRD)、紫外-可见吸收光谱等分析PW_(12)/TiO_2薄膜的形貌、光吸收性质,并以D102为染料敏化组装成太阳电池,对其光电转化性能进行研究。结果表明:PW_(12)-TiO_2粉体平均粒径为20 nm,TiO_2为锐钛矿型,通过两步法制备的PW_(12)/TiO_2薄膜保持磷钨酸结构不变;磷钨酸的引入不仅没有改变TiO_2薄膜的形貌和结构,反而促进了电子在薄膜内部的传输和电子空穴的分离,降低了电子在薄膜中传输阻力,提高了电池的光电转换效率。当PW_(12)质量分数为3.3%时,由PW_(12)/TiO_2薄膜组装的DSSC最大短路电流密度(JSC)为9.52 m A/cm2,最高总能量转换效率(η)为3.5%。     

Pt(100)/ZrO2(100)界面性质的第一性原理

采用密度泛函理论的平面波赝势法,分别研究在ZrO2(100)面上以氧为键桥和以锆为键桥的Pt(100)/ZrO2(100)界面模型的结合能、电子结构以及等电荷差分密度分布图。结果发现:在以氧为键桥的Pt(100)/ZrO2(100)-bridgeO界面结合能为1.978J/m2,而以锆为键桥的Pt(100)/ZrO2(100)-bridgeZr界面结合能为10.035J/m2,前者的界面结合能低于后者的界面结合能,即以锆为键桥的ZrO2(100)更容易与Pt(100)面结合。通过电子结构和等电荷差分密度分布图分析可知,以氧为键桥的Pt(100)/ZrO2(100)-bridgeO时,主要是锆氧之间存在电子转移,而以锆为键桥的Pt(100)/ZrO2(100)-bridgeZr时,不仅锆氧之间、而且铂锆之间也存在电子转移,铂锆之间主要是锆的4d电子轨道和铂的5d以及部分6s、5p电子轨道上的电子发生了转移并且成键结合,这说明在铂基材料中以锆为键桥的界面结合能有效提高铂基材料的强度。     

Ag/TiO_2多孔阵列作为可再生的SERS活性基底

采用三次阳极氧化法制备了TiO_2纳米孔阵列,然后通过连续离子层吸附法在其上负载30 nm左右的Ag纳米颗粒,并将Ag/TiO_2作为SERS活性基底,研究了其对罗丹明6G(R6G)的表面增强拉曼散射(SERS)效应,同时对基底的均匀性、稳定性和可再生性能进行了系统研究。结果显示,在激发波长为532 nm的情况下,该基底对R6G分子的检测限达到~10~(-7) mol/L,且具有较好的均匀性和稳定性;吸附了R6G分子的Ag/TiO_2基底经模拟太阳光照射后,30 min内即可将所吸附的待测分子降解,显示出良好的可再生性能。基于其高度有序的结构和良好的性能,所制备的Ag/TiO_2多孔孔阵列有望作为一种理想的SERS活性基底而在相关领域获得应用。     

利用铅锌废渣制备银修饰纳米复合材料的研究

以含银的铅锌废渣为银源,联合采用氯盐法、Stober法、溶胶凝胶法以及光沉积法制备银修饰纳米复合材料Ag@TiO_2@SiO_2。XRD和TEM的分析表明:Ag@TiO_2@SiO_2具有核壳结构的纳米材料,Ag以10nm团簇的形式沉积在锐钛矿型TiO_2壳层上。XPS分析指出:TiO_2以Ti-O-Si键化学吸附在SiO_2上,而沉积在TiO_2上的银是银的单质。Uv-Vis的分析表明:材料Ag@TiO_2@SiO_2对光响应范围扩大到可见光区。罗丹明的光降解反应表明,Ag@TiO_2@SiO_2的光催化性能优良。     

Ag表面性质的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,计算了Fcc-Ag晶体及其Ag(111)、Ag(110)与Ag(100)自由表面的能量、几何与电子结构.根据表面能的计算,预测了Ag表面的结构稳定性,结果表明密排Ag(111)面结构稳定性最好,低指数奇异面Ag(100)面次之,Ag(110)面的结构稳定性最差.通过对不同表面几何与电子结构的比较,初步分析了其结构稳定性差异的产生原因.表面原子驰豫不仅引起表面几何结构的变化,而且使表面层的电子结构与键合特性发生改变.驰豫后表面层原子的部分价电子跑到了表面层以上的真空区,使表面层原子的电子态密度峰形发生变化,还新形成了表面态,这是表面能产生的主要原因,而Ag(110)表面相对于Ag(111)与Ag(110)表面具有高表面活性的主要原因则源于其表面层原子显著的结构驰豫.     

Cu掺杂对TiO_2性质影响的第一性原理研究

得到了锐钛矿TiO_2半导体的原胞结构,用Cu原子置换TiO_2原胞中的钛原子,并进行几何优化。通过对能带、态密度的分析,发现在掺杂Cu后,禁带宽度和价带均变窄,导带变宽,价带在费米能级附近出现特别的峰。掺Cu入TiO_2中不仅由Cu的3d态电子产生了杂质能级,同时引起了TiO_2的晶格畸变,光催化性能增强,光响应范围扩展至668.2 nm。     

TiCl_4水解法制备TiO_2纳米颗粒包覆Ag纳米线阵列结构

采用水热法制备了TiO2纳米颗粒包覆Ag纳米线阵列结构。通过选区电子衍射手段确定了TiO2包覆层的晶体结构为锐钛矿。研究了TiCl4溶液浓度和温度对TiO2/Ag包覆结构形貌的影响,结果显示0.1 mol/L的TiCl4溶液能够得到连续均匀的TiO2包覆层,当TiCl4溶液浓度高于0.1mol/L时,水解产生的HCl在水热环境下会对Ag纳米线造成不同程度的腐蚀。80℃条件下能够得到较为均匀的TiO2包覆层和较高的结晶度;温度过低时,TiO2包覆层的结晶不明显,温度过高时,水解产生的HCl会对Ag纳米线产生腐蚀。     

反应磁控溅射法直接制备光催化纳米TiO2薄膜

通过优化直流反应磁控溅射沉积工艺,在氩气和氧气气氛中溅射高纯钛靶,在玻璃和不锈钢衬底上直接低温沉积出具有锐钛矿结构的TiO2薄膜。通过X射线衍射仪(XRD)、原子力显微镜(AFM)和表面轮廓仪分析发现,当氧的体积分数在5%～20%之间变化时,制得的TiO2薄膜是致密的锐钛矿结构,具有典型的锐钛矿相(101)、(004)、(112)、(211)、(220)的晶面特征峰,薄膜的晶粒尺寸随着氧含量的增加逐渐减小,其生长速率最快可达到68nm/min。在紫外光的照射下分解甲基橙实验表明,所制备的薄膜具有良好的光催化分解有机物的能力。     

铜掺杂TiO2纳米管阵列薄膜的制备及表征

本文提出了一种磁控溅射和阳极氧化相结合制备Cu掺杂TiO₂纳米管(Cu-TNT)阵列的方法。掺杂后的样品通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对其结构和光电性能做了研究与分析。研究结果表明：Cu以离子形态均匀地掺杂进入TiO₂纳米管中,且为取代掺杂;Cu掺杂对TiO₂纳米管(TNT)的生长具有抑制作用,对TNT的形貌有明显影响;Cu掺杂对TNT晶体生长取向也有明显影响,抑制锐钛矿(101)晶面的生长,使(101)晶面产生晶格畸变、晶面间距变宽并促进锐钛矿(004)晶面的择优生长。瞬态光电流响应分析表明Cu掺杂TNT有利于抑制光生电子-空穴对的复合速率,提高太阳能利用率。     

Ag-TiO_2复合薄膜的低温制备及其性能

采用溶胶-凝胶工艺制备掺银锐钛矿型TiO2溶胶,通过浸渍提拉法在载玻片表面涂膜,并在较低温度下进行热处理(250℃),获得Ag-TiO2复合薄膜。考察热处理温度、掺银量等影响因素,研究复合薄膜的光学性能、光催化性能和抗菌性能,并利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、紫外可见光谱(UV-Vis)等分析测试手段进行表征。结果表明:随热处理温度的升高,TiO2的结晶度提高,并在500℃逐渐由锐钛矿型向金红石型转变,复合薄膜表面的TiO2颗粒形貌由不规则形状依次转变为球形、方形等规则形状,当热处理温度为250℃时,复合薄膜具有较好的光催化活性;随着掺银量的提高,复合膜的光催化活性先增大后减小,当银含量为3at%～5at%时,复合薄膜具有较好的光催化活性及抗菌性能。     

掺Ag量对绢云母负载纳米二氧化钛性能的影响

以绢云母为载体,采用水解-沉淀法制备出了绢云母负载纳米TiO2粉体（TiO2/M）,在粉体表面沉积不同量的Ag2CO3,经400℃焙烧,制得不同掺Ag量的绢云母负载TiO2光催化剂,采用TG、XRD、SEM、EDS、UV等手段对样品进行了性能表征;并以日光色镝灯为光源,甲基橙为模拟污染物检测其光催化活性,研究了Ag的掺杂量对粉体中TiO2晶相结构、粒度和光催化性能的影响。结果表明：纳米TiO2均匀负载在绢云母上形成包覆层,Ag的掺杂抑制了TiO2晶粒的长大,减缓锐钛矿向金红石相的转变,同时Ag的掺杂形成新的能级结构,随Ag＋/Ti4＋摩尔比的增加,样品对光的吸收边逐渐红移至440～520 nm,具有明显的可见光响应,当Ag＋/Ti4＋=0.05时,制得样品对甲基橙的光催化降解率是没有掺Ag的样品的1.5倍,相同条件下重复利用4次,该样品60 min对甲基橙的降解率仍然可达34%。     

Effect of La^3＋ on evolution of TiO2 coating layers on lamellar sericite and their pigmentary properties

TiO2-coated sericite powders were prepared by the chemical deposition method starting from lamellar sericite and TiCl4 in the presence of La3+. After calcination at 900 ℃ for 1 h, the resultant TiO2 nanoparticles on the sericite surfaces exist in anatase phase. The light scattering indexes of the TiO2-coated lamellar sericite powders are dozens of times higher than those of the naked lamellar sericite powders, varying with different contents of La3+. The presence of La3+ in the deposition solution is beneficial to the formation of the small-sized anatase TiO2 nanoparticles. The presence of La3+ also favors the formation of the dense and uniform island-like TiO2 coating layers in a large range of the mass ratio of TiO2 to sericite from 5% to 20%. XPS analysis shows that when La3+ is absent in the reaction solution, TiO2 coating layers anchor on the sericite surface via Ti-O-Si and Ti-O-Al bonds. The presence of La3+ causes the formation of Si-O-La and Al-O-La bonds on the sericite surface and Ti-O-La bond on the surface of TiO2 coating layers.     

磁性纳米光催化剂的制备及其光催化性能

以Fe3O4为载体,制备了易于固液分离回收的磁性复合纳米光催化剂,采用SEM,元素分析,XRD等方法表征催化剂的表面形貌,晶体结构,结果表明,二氧化钛包裹在Fe3O4的表面,其包裹量越大,粒径越大,锐钛矿峰越强,利用光催化降解甲基橙的效果来考察磁性复合光催化剂的活性,直接包裹在Fe2O4表面的TiO2活性低于纯TiO2的,而在Fe3O4与TiO2之间包裹SiO2,可以有效地提高其光催化活性,其活性与纯TiO2接近。     

A new application field of plasma spraying technique to environmental depollution

To expand the application of plasma spraying technique, TiO2 coatings were prepared using agglomerated anatase TiO2 powder to solve the environmental problems. The composition and photocatalytic activity of plasma sprayed TiO2 coatings were investigated systematically. The content of anatase TiO2 in the sprayed coatings was approximate to 7%- 15%, which was influenced by the melting state of TiO2 powder in plasma spraying process. The surface of sprayed coating was very rough and the arithmetical mean deviation of the surface profiles (Ra) was in the range of 5.7 - 8.8 μm. Under lower arc current, the surface of the coating became rougher. The anatase to rutile phase transformation temperature of agglomerated anatase TiO2 powder was approximate to 1 173 K. The TiO2 coating sprayed under the arc current of 400 A had good photocatalytic activity for the relative high content of anatase phase in it. It is concluded that the application of plasma spraying technique to environmental field has been developed.     

微等离子体氧化制备TiO2薄膜的结构特性

利用微等离子体氧化方法在纯Ti金属表面生长出一层厚度达20μm的陶瓷氧化膜，并用X射线衍射、扫描电镜初步研究了氧化膜的组织结构和表面形貌。在不同电解质溶液条件下，得到3种不同类型结构组成的氧化膜：单一TiO2的锐钛型结构、TiO2锐钛型 金红石型的混合相结构、单一TiO2金红石结构。TiO2单一的锐钛型结构的氧化膜薄膜比较粗糙，TiO2金红石结构的氧化膜表面比较平滑，而混合相结构陶瓷膜的表面层为疏松的锐钛型结构TiO2，亚表层为金红石结构的TiO2。