w^6＋掺杂TiO2纳米材料化学吸附与氧敏特性研究

以TiCl3为钛源，采用溶胶-凝胶法制备W^6＋掺杂TiO2纳米粉体，经400℃低温烧结1h，即可得到以金红石相为主相的TiO2基氧敏材料。采用XRD、BET、TPD等手段对其进行表征、分析，结果表明W^6＋掺杂有利于形成以金红石相为主相的晶体结构，使样品的晶粒尺寸减小、比表面积增加，使氧敏特性提高，其中12％（摩尔分数）W^6＋／TiO2的氧气化学吸附量最大，敏感层表面对氧气的活性最高；在低工作条件（115℃）及1×10^-4氧气下，W^6＋掺杂TiO2的厚膜型气敏元件氧敏特性得以明显提高，且掺杂12％（摩尔分数）W^6＋灵敏度最佳（S=16．5）。     

掺杂钼对TiO2-x薄膜氧敏性能的影响

以钛酸丁酯为原料,无水乙醇为溶剂,添加适量稳定剂制成稳定溶胶,用浸涂法在Al2O3基片上制备TiO2薄膜,经1000℃H2下还原制得TiO2-x薄膜,在钼酸铵溶胶中浸泡一定时间得到掺钼薄膜.实验结果表明掺钼薄膜元件在800℃下的氧敏感性和重复性比未掺杂时提高,TiO2-x薄膜的电阻的温度稳定性好.通过对薄膜的XPS分析探讨了钼在薄膜中的作用机理.     

掺杂钼对TiO2—x薄膜氧敏性能的影响

以钛酸丁酯为原料，无水乙醇为溶剂，添加适量稳定剂制成稳定溶胶，用浸涂法在Al2O3基片上制备TiO2薄膜，经1000℃H2下不制得TiO2-x薄膜，在钼酸铵溶胶中一定时间得到掺钼薄膜，实验结果表明掺钼薄膜元件在800℃下的氧敏感性和重复性比未掺杂时提高，TiO2-x薄膜的电阻温度稳定性好，通过对薄膜的XPS分析探讨了钼在薄膜中的作用机理。     

硅基板上Fe掺杂TiO2氧敏薄膜的制备、结构与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以Ti(OC₄H₉)₄为前驱体,用提拉法在硅基板上制备了掺Fe的TiO₂氧敏薄膜,对薄膜物相结构进行了X射线衍射(XRD)测定,利用扫描电镜(SEM)对薄膜微结构进行了观察.结果表明:在硅基板上生长的TiO₂薄膜中锐钛矿相为均匀小晶粒分布结构,金红石相以大尺度团聚结构形貌出现.Fe离子的掺杂对硅基板上制备的TiO₂薄膜中金红石相的形成有很大的影响.Fe的掺入降低了金红石相的形成温度约100℃,Fe掺量在6mol% 时,形成金红石相的量达到最大,即析晶能力最强.薄膜中形成晶相的晶格常数在<6mol%的低Fe范围内,随较小的Fe离子取代较大的Ti离子,锐钛矿相和金红石相的晶格常数都随之减小;在>6mol%的高Fe掺量范围内,随Fe掺量的增加,体系缺陷过量增加,晶格结构畸变严重,伴随着畸变能的释放,金红石相的晶格常数c轴逐渐增长,n轴略有下降(或基本不变). TiO₂氧敏薄膜的氧敏性能受金红石相含量和氧空位浓度控制.当Fe离子掺杂浓度为6mol% 时,金红石相及相应氧空位达到最大值,TiO₂氧敏薄膜的氧敏性能也达到最大值,比刚形成金红石相的薄膜的氧敏性能增加近19倍.     

S／TiO2纳米氧敏材料的结构与吸脱附特性

以TiCl3为钛源,采用溶胶一凝胶法,在500℃(1h)烧结获得非金属离子(硫)掺杂TiO2的纳米粉体,利用XRD,FT-IR,UV-vis,ESEM,Zeta电位,XRF,TPD等表征S/TiO2结构特性.结果表明,硫掺杂有利于其向金红石相转变,低掺杂浓度(2at%)时,硫主要以S4 形式存在,当掺杂量为25at%时,部分掺杂硫以S2-形式替代O2-,由于两者间的电负性差异,导致表面上Ti3 、Ti4 周围的电子云密度增加,从而提高样品对氧气的吸附活性,使其表面的富余电子向吸附氧转移,提高了氧敏特性.S/TiO2敏感体表面的吸附氧以氧分子形式脱附(≤550℃),而在高温(≥600℃)下主要以SO2形式脱附.     

TiO2基氧化物半导体氧敏传感器的研究开发进展

综合介绍TiO2基氧化物半导体氧敏传感器的研究发展历史和TiO2材料的特性,比较了各种氧敏机理、制备方法、传感器的氧敏特性,就制备方法－材料微观结构－氧敏性能关系中的几个重要问题,进行了深入的探讨,并对今后的研究开发与产业化,结合本课题组的研究工作,提出了几点建议。     

硅基板上Fe掺杂TiO2氧敏薄膜的制备、结构与性能研究

采用溶胶-凝胶法,以Ti(OC4H9)4为前驱体,用提拉法在硅基板上制备了掺Fe的TiO2氧敏薄膜,对薄膜物相结构进行了X射线衍射(XRD)测定,利用扫描电镜(SEM)对薄膜微结构进行了观察.结果表明在硅基板上生长的TiO2薄膜中锐钛矿相为均匀小晶粒分布结构,金红石相以大尺度团聚结构形貌出现.Fe离子的掺杂对硅基板上制备的TiO2薄膜中金红石相的形成有很大的影响.Fe的掺入降低了金红石相的形成温度约100℃,Fe掺量在6mol%时,形成金红石相的量达到最大,即析晶能力最强.薄膜中形成晶相的晶格常数在＜6mol%的低Fe范围内,随较小的Fe离子取代较大的Ti离子,锐钛矿相和金红石相的晶格常数都随之减小;在＞6mol%的高Fe掺量范围内,随Fe掺量的增加,体系缺陷过量增加,晶格结构畸变严重,伴随着畸变能的释放,金红石相的晶格常数c轴逐渐增长,a轴略有下降(或基本不变).TiO2氧敏薄膜的氧敏性能受金红石相含量和氧空位浓度控制.当Fe离子掺杂浓度为6mol%时,金红石相及相应氧空位达到最大值,TiO2氧敏薄膜的氧敏性能也达到最大值,比刚形成金红石相的薄膜的氧敏性能增加近19倍.     

纳米固体超强酸 SO42- /TiO2的氧敏特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了TiO2,再用浸渍法制备纳米固体超强酸SO42-/TiO2,用XRD、TEM、IR、XPS和比表面测量等方法进行表征。结果表明纳米固体超强酸SO42-/TiO2的粒径(≤30nm)比TiO2小,并且具有很大的比表面积,Ti4+离子与SO42-的结合形式为无机双齿螯合型结构,酸强度用乙酸乙脂合成模型实验测定,确定纳米SO42-/TiO2为超强酸(SO42-/TiO2脂产率≥H2SO4脂产率)。利用固体超强酸SO42-/TiO2和纯TiO2纳米粉体分别制作成厚膜型气敏元件,固体超强酸SO42-/TiO2氧敏元件的灵敏度和工作温度等技术指标均优于纯TiO2,还进一步讨论了其氧敏特性和结构之间的关系。     

N掺杂TiO2材料可见光光催化性能研究进展

概括了最近报道的N掺杂TiO2可见光光催化材料的研究成果，其中包括样品制备的进展、掺杂机理的研究和可见光响应理论的研究。在制样方法方面，分析了不同方法制备的样品在性能上的特点和差异；在掺杂机理研究方面，归纳了目前研究中对N掺杂TiO2机理的不同观点，包括N在TiO2晶格中的位置以及N掺入后对TiO2半导体能级结构的影响；最后详细介绍了几种N掺杂TiO2可见光响应理论。     

铁掺杂TiO2光催化性能研究进展

介绍了铁离子掺杂TiO2光催化剂改性的机理,基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法验证了铁掺杂TiO2光催化改性机理.介绍了铁离子单掺杂和共掺杂TiO2光催化技术的研究进展,并对未来光催化技术研究方向进行了展望.     

Li~+共掺杂对掺Er~(3+):TiO_2上转换发光的增强作用·

采用非水性溶胶-凝胶法制备了0.1%Er~(3+)(摩尔分数,下同)、0%～2%Li~+共掺杂TiO_2粉末,在980nm半导体激光器(LD)激发下获得了中心波长526nm、550nm的绿色和663nm的红色上转换发光.Li~+共掺杂对掺Er~(3+):TiO_2的相结构未产生影响,但极大增强了上转换发光强度.随Li~+共掺杂摩尔分数的逐渐增大,绿色和红色上转换发光强度先增大后减小,当Li~+摩尔分数为1%时,上转换发光强度达到最大,绿色和红色上转换发光强度分别比掺Er~(3+):TiO_2提高了约330倍、30倍和60倍.Er~(3+)Li~+共掺杂TiO_2粉末的绿色和红色上转换发光均为双光子吸收过程.Li~+共掺杂不改变Er~(3+)的上转换发光机制,但破坏了Er~(3+)的局部晶体场对称性,影响了Er~(3+)内部4f能级的跃迁几率,导致上转换发光强度增强.     

纳米二氧化钛的表面修饰与应用的研究进展

介绍了纳米二氧化钛表面修饰的两种主要方法:无机和有机表面包覆,以及进行修饰后的纳米二氧化钛的应用.     

过渡金属离子掺杂对TiO2纳米尺寸及其相结构的影响

利用酸催化的溶胶-凝胶法合成了一系列不同掺杂量的Fe3 /TiO2、Cr3 /TiO2纳米复合微粒.用XRD和TEM研究了Fe3 、Cr3 的掺杂对TiO2纳米粒子尺寸和相结构的影响.结果表明:掺杂离子不同,对TiO2纳米粒子尺寸和相结构的影响不同.在所研究的掺杂量范围内(x:0.0000～0.1000),TiO2纳米粒子的粒径随Cr3 掺杂量的增加呈减小的趋势,但幅度不大;而Fe3 的掺杂则会引起TiO2粒子的团聚和晶粒的长大;由XRD分析可知:在掺杂量范围内,不会发生Fe2O3、Cr2O3等相的偏析,但Fe3 的掺杂引起了TiO2在低温条件下由锐钛矿向金红石的相转变.通过UV-Vis光谱的研究发现:Fe3 、Cr3 的加入,可以使TiO2对光的吸收拓展到可见区,同时随着掺杂量的增加,对可见光的吸收强度显著增强.     

Y3+共掺杂对掺 Er3+: Al2O3粉末光致发光的增强作用

采用非水性溶胶-凝胶法制备了Y^3＋共掺杂的掺Er^3＋：Al2O3粉末，Er^3＋浓度为0．1和1．0mol％，Er^3＋和Y^3＋浓度比为1：0-10．X射线衍射和光致发光（PL）光谱结果表明：900℃烧结的掺0．1和1．0mol％Er^3＋：Al2O3粉末为具有非晶化特征的γ和θ混合相结构，非晶化趋势随Y^3＋共掺杂浓度增大而增加．掺0．1mol％Er^3＋：Al2O3粉末，PL光谱强度和半高宽随掺Y^3＋浓度增大无明显变化．掺1．0mol％Er^3＋：Al2O3粉末，PL光谱强度和半高宽随掺Y^3＋浓度增大而增加，10mol％Y^3＋共掺杂粉末的发光强度提高50倍，约为掺0．1m01％Er^3＋：Al2O3粉末的10倍，半高宽从77nm增至92nm．Y^3＋共掺杂对较高浓度掺Er^3＋：Al2O3粉末PL性能的增强作用归因于Y^3＋对Er^3＋在基体中的分散和配位结构多样性的提高．     

氧分压对TiO2膜结构与光学性质的影响

报道了用反应溅射法制备TiO2 膜的实验研究 .详细研究了膜的沉积、膜结构及其光学性质 ,随溅射氧分压的变化 .随氧分压由 6× 10 - 2 Pa增加到 9× 10 - 2 Pa时 ,晶体结构由金红石变到锐钛矿 ,氧分压超过 9× 10 - 2 Pa时趋向于无定形结构 .与膜结构密切相关的折射率n随氧分压的增大由 2 .4 4变到 1.96 ,禁带宽度Eg 则由大变小 ,然后再增大的变化 (3.4 1→ 3.2 6→3.4 2 ) .     

掺银TiO2薄膜的亲水特性

采用溶胶—凝胶法及浸渍提拉法在普通的载玻片上制得含不同掺银量的TiO2薄膜，通过对薄膜及相应粉体的XRD、XPS及薄膜致密度的测量，分析了银的掺杂量对TiO2薄膜亲水特性的影响。结果表明：TiO2薄膜中银的掺杂量≤0．635mol％时有利于TiO2薄膜亲水性能的改善；表面羟基和表面桥氧的含量对TiO2薄膜的亲水性能均有直接影响。     

利用掺杂及梯度复合技术对生物材料进行TiO2(Ta5+)/TiN薄膜表面改性的研究

采用磁控溅射技术同热氧化相结合的方法合成TiO2(Ta5 )/TiN复合薄膜,并对薄膜的硬度、摩擦磨损等力学特性以及血小板粘附等血液相容性进行了研究.研究结果表明,掺杂使血液相容性提高,梯度复合使力学特性改善,因而薄膜具有良好的力学耐久性和血液相容性.此外,薄膜与血液的界面张力也被测试.结果表明,低的薄膜/血液界面张力改善了TiO2(TA5 )/TiN复合薄膜的血液相容性.     

镁离子掺杂对磷酸铁锂结构和性能的影响

为提高LiFePO4的充放电性能,用化学沉淀法制备了镁离子掺杂的磷酸铁锂,用电化学方法测量了Li1-xMgxFePO4(x=0.00、0.02、0.05、0.07、0.10和0.20,摩尔分数)的充放电性能,用X射线衍射(XRD)和里特沃尔特(Rietveld)方法表征了掺杂对LiFePO4的晶体结构的影响.结果表明少量镁离子掺杂能有效地提高LiFePO4的比容量和循环性能,其中Li0.95Mg0.05FePO4具有更好的电化学性能,放电比容量高出LiFePO4约20mAh/g,镁离子掺杂提高了LiFePO4中Fe3 /Fe2 共存态的浓度,使材料具有更好的导电能力.     

具有可见光活性的纳米掺氮TiO2制备和表征

用硫酸钛与氨水反应得到TiO2前体,煅烧后制得掺氮TiO2粉体,研究不同反应条件和不同温度下掺氮TiO2的吸光特性和形态结构,结果表明掺氮TiO2在400℃：下加热1h,所得粉体是锐钛矿相结构,粒径约15nm,与未掺杂TiO2相比,吸收边红移22nm,对400-510nm的可见光有一定的吸收率,可见光下对甲基橙的降解表明具有可见光活性。     

稀土La3+掺杂TiO2纳米线的制备及其性能研究

采用水热法制备了钛酸钠纳米线、TiO2纳米线和La3+/TiO2纳米线。利用XRD、SEM、HREM、XPS和UV-Vis等技术手段对样品微观结构、光学性能和表面元素价态进行了分析;并以甲基橙溶液为目标污染物测试其光催化性能。研究表明,实验合成了直径为50～200nm、长度为十几微米到几十微米的钛酸钠纳米线,并通过对微观结构的分析,初步确定其分子式为Na2Ti3O7,钛酸钠纳米线经过氢离子和镧离子进行离子交换并高温烧结得到了TiO2纳米线和La3+/TiO2纳米线;钛酸钠纳米线对甲基橙溶液几乎没有光催化降解作用,而TiO2纳米线具有较高的光催化活性,其中样品La3+/TiO2纳米线光催化性能最强。