TiO2课程报告综述剖析.pdf
《TiO2课程报告综述剖析.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《TiO2课程报告综述剖析.pdf(14页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、TiO2课程报告综述 小组成员:曾红月余 芳 熊 卫赵 汝 TiO2中氧空位的研究进展 摘要:简要叙述了TiO2中氧空位的发现,反应机理及在催化方面的 显著应用,指出了TiO2在未来发展中的前景和存在问题,及主要研 究方向。 关键词: TiO2 ,氧空位,光催化活性 1. TiO2简介 2. 氧空位的形成研究 3. 光催化机理 4. 在光催化方面的应用 5. 展望与存在问题 1. TiO2 简介 1.1 TiO2 性质介绍 TiO2性质稳定,无毒,催化活性最强,能够使用太阳能深度降解 有机物,无二次污染,反应条件温和,价格低廉,所以是世界上最当 红的纳米光触媒材料。 纳米 TiO2具有良好的光
2、催化性能, 在抗菌、除 臭、污水处理、空气净化等方面有广阔的前景。 Shang等 1 采用正交线性原子轨道法计算了TiO2三种晶相的电 子结构和光学性质, 认为由于电子的带间跃迁是产生其光学性质的主 要原因,而这三种晶相的介电常数均表现出一定的各向异性。第一性 原理研究的低温条件下, 锐钛矿 TiO2半导体很容易形成。 通过比较含 氧空位锐钛矿 TiO2晶体和完整锐钛矿TiO2晶体的光学性质,来阐明 锐钛矿 TiO2晶体中氧空位对锐钛矿TiO2晶体光学性质的影响。 2 通过 XRD 、TES 、EPR等图谱分析,表征其结构、性质。 1.2 TiO 2结构 板钛矿锐钛矿金红石 (正交晶系)(四方
3、晶系亚稳态)(四方晶系) 500700 不可逆逆 这三种结构的共同点是其组成结构的基本单位均是TiO6八面体,区别 主要在于这些八面体的畸变和空间构型不同。如上图。锐钛矿中的每 个 TiO6八面体与 8 个近邻八面体相连接, 其中 4 个共边,4 个共顶角; 板钛矿中的每个 TiO6八面体与 9个近邻八面体相连接, 其中 3个共边, 6 个共顶角;金红石中的每个 TiO6八面体与 10 个近邻八面体相连接, 其中 2 个共边, 8 个共顶角。由于晶体结构的不同,3 种晶型的各种 性能也有所差异。通常被用作光催化剂的TiO2是锐钛矿相和金红石 相。而锐钛矿 TiO2往往比金红石相表现出更好的光催
4、化活性。 锐钛 TiO2属正方晶系,空间群为 I41/amd。TiO6八面体沿 C轴方向存在拉 伸畸变,同一平面上的四个Ti-O 键也发 生畸变,导致 TiO6八面体的对称性降低 至 D2d 。如下图。 3 1.3 完整 TiO2和含氧空位 TiO2结构的比较 完整的锐钛矿 TiO2晶体与含氧空位的锐钛矿TiO2 晶体经过几何 结构优化和对称化, 在此基础上再计算物理性质可得到晶体的电子态 密度分布。影响固体的物理性质主要是费米能级附近的电子结构,所 以计算电子态密度的能量范围从-25 10eV。 如上图表示,完整的锐钛矿TiO2晶体的禁带宽度约为2.26eV, 价带宽度约为 5.48eV。由
5、此,可以看出,含氧空位的锐钛矿TiO2晶 体的电子态密度分布, 在价带以及以下区域与完整的锐钛矿TiO2晶体 的电子态密度分布图十分接近。 这说明氧空位的存在对价带电子及内 层电子影响很小。从图中可以看出,超胞的费米面进入了导带,电子 是费米分布,含氧空位锐钛矿TiO2 半导体是简并半导体。含氧空位 锐钛矿 TiO2 半导体发生了莫特( Mott )相变(锐钛矿半导体金属 相变) 。并且从图中可以看出含氧空位的锐钛矿TiO2晶体的禁带宽度 减少了大约 0.176eV 左右。禁带宽度减小将对晶体的光学性质产生重 要影响,引起光催化可见光效应。 含氧空位的锐钛矿TiO2晶体和完整锐钛矿TiO2晶体
6、的 Ti 3d 态(如图 3) 的分态密度分布 (PDOS) 比较发现 ,含氧空位的锐钛 TiO2 晶体的 Ti 3d 态大约在 - 6.097 eV 处出现了新的劈裂峰值。这是由 于氧空位的存在 , 多粒子相互作用改变引起了电子结构的变化, 出现 了劈裂现象。 综上所述,高氧空位的锐钛矿晶体发生模特相变。氧空位的存 在使 Ti 的 3d 态分态密度发生了劈裂现象。 锐钛矿晶体光学性质明显 地表现除了各向异性,这是锐钛矿晶体结构对称性决定的 2 。 2. 氧空位的形成研究 2.1 实验方法 对氧空位的研究由来已久,常用方法有烧结,电解池阳极化, 表面氯化等等。通过这些方法,可得到锐钛矿TiO2
7、中氧发生空缺的 结果。但是,不同反应条件下所得实验效果亦不同。如何达到可控水 平的高含量的氧空位, 目前还没有一个明确的实验方法或步骤。但不 可否认,锐钛矿 TiO2 晶体较为容易形成氧空位。 2.2 不同条件下氧空位的形成 采用纯度为99.9%的锐钛矿型 TiO2粉末,在管式电阻炉中, 分别于空 气和高纯 Ar 气氛下烧结。 然后在管式 电阻炉内与烧结气氛一致的情况下冷 却至室温。密封干燥后对样品做XPS, 得图谱如左所示。 由表 1 可知,随着烧结温度的升高,TiO2样品的非化学计量比 Ti 3 +/ Ti4 +增加,说明氧空位浓度逐渐增大。图 1( d) 、( e) 、( f) 分 别为
8、 Ar 气氛下 700、850、1000 时烧结TiO2样品拟合的Ti2p3 /2 峰,其对应的分别是Ti 4 +、Ti3 +( 850、1000 ) 、Ti2 +( 1000 ) 。 由表 2 可知,随着烧结温度的升高, TiO2样品的 Ti 3 +/ Ti4 +、 Ti2 +/ Ti 4 +均增加。其中 1000 下的 Ti3 +/ Ti4 +较 850下的低,这是因为 1000下,部分Ti 3 +转化成 Ti 2 +,有更多更低价 Ti 产生。说明相同 气氛下,随着烧结温度的升高,TiO2样品氧空位浓度逐渐增大。 3. 光催化机理 当 TiO2受到能量大于或等于禁带宽度的光子激发时,价带
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- TiO2 课程 报告 综述 剖析
链接地址:https://www.31doc.com/p-4701608.html