氮掺杂TiO2可见光响应的机理

TiO2是一种良好的光催化剂,具有稳定性好、光效率高和不产生二次污染等特点.但TiO2是宽禁带半导体,只有在紫外光下才具有活性,N掺杂能够明显延长TiO2的吸收光谱至可见光区,但其机理仍有争议.本文介绍了N掺杂TiO2具有可见光活性的几种有争议的机理,包括杂化能带减小理论、杂质能级理论和氧空缺理论,并指出了今后N掺杂TiO2机理的研究方向.     

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。     

N、Yb共掺杂二氧化钛的第一性原理计算

本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了N、Yb共掺杂TiO2的晶体结构、电子结构和光学性质,计算结果表明：掺杂后TiO2的晶格常数、原子间的键长和原子电荷都发生了变化,导致掺杂后的八面体偶极矩增加,从而有利于光生电子-空穴对的分离,提高了TiO2的光催化性能。电子在O的Pπ轨道和Yb的4f之间的跃迁使N、Yb共掺杂后的TiO2在可见光区有较好的光吸收特性。     

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。     

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。     

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。     

N掺杂纳米TiO_2的制备及光催化性能研究

以盐酸羟胺为N源,按r(盐酸羟胺:钛酸四丁酯)分别为1:2,1:1,3:2,2:1和3:1掺杂,采用sol-gel法一步制备N掺杂纳米TiO2。研究了焙烧温度和N掺杂量对样品晶相结构及其在紫外光和紫外–可见光下对罗丹明B光催化活性的影响。结果表明,增大N掺杂量可抑制样品由锐钛矿相向金红石相转变。r(盐酸羟胺:钛酸四丁酯)为2:1时,样品经500℃焙烧后对罗丹明B的紫外光催化降解率1h内达54.81%,样品经600℃焙烧后对罗丹明B的紫外–可见光催化降解率2h内可达99.13%。     

TiO_2可见光光催化的研究进展

扩展TiO2催化的响应光谱范围,已成为目前TiO2光催化最具挑战性的课题之一。从TiO2体相掺杂、表面敏化等方面对近年来实现TiO2可见光光催化的途径和方法进行了简要总结。要进一步提高光催化效率还需:深入理解现有TiO2可见光体系的光催化机理;发现更高效的体相掺杂剂和表面敏化剂;设计和控制掺杂剂和表面敏化剂存在形态。