下载文档原格式
TiO2薄膜优化对染料敏化太阳电池性能的影响奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【摘要】The microstructure of nanoporous TiO2 films has obvious influence on the photovoltaic performance of dye-sensitized solar cells (DSCs). In this work, the effect of different treatment methods such as autoclaving temperature, film thickness, scattering particles, TiCl4 solution treatment and electroposition treatment on DSC photovoltaic performance is introduced, and the optimized results were obtained. Such simple but effective strategies provided a good way to improve the overall energy conversion efficiency of DSC and to future mass production of nanoporous TiO2 films.%纳米TiO2多孔薄膜微结构对染料敏化太阳电池(DSC)光伏性能有很大的影响.本文采用不同实验和测试方法研究和分析了溶胶-凝胶法制备纳米TiO2颗粒时的热处理温度、TiO2多孔薄膜厚度、纳米TiO2大颗粒光散射、TiCl4溶液处理和电沉积致密TiO2层对纳米多孔薄膜电极和染料敏化太阳电池光伏性能的影响,得到了最佳的优化条件,为纳米TiO2薄膜材料的批量化制作打下了良好基础.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2011(027)007【总页数】5页(P1353-1357)【关键词】染料敏化;太阳电池;纳米TiO2;优化【作者】奚小网;胡林华;方霞琴;戴松元【作者单位】中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;无锡职业技术学院机电技术学院,无锡 214121;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031;中国科学院等离子体物理研究所,中国科学院新型薄膜太阳电池重点实验室,合肥230031【正文语种】中文【中图分类】O614.41+1;TM914.4+2纳米TiO2以其良好的热稳定性、高折光系数、强着色力和光泽好等特性而受到广泛关注，被应用于各种功能材料和催化领域[1-2]。
原子与分子物理学报JOURNAL OF ATOMIC AND MOLECULAR PHYSICS Vol.38No.3 Jun.2021第3"卷第3期2021年6月贵金属掺杂锐钛矿TO）光催化性能的第一性原理研究吴方棣1,杨自涛1,胡家朋1,李素琼2（1.武夷学院福建省生态产业绿色技术重点实验室，武夷山354300；2.嘉应学院生命科学学院，梅州514015）摘要：本研究采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，对纯锐钛矿TiO2及贵金属（Ru、Pd、Pt、Ag和Au）掺杂锐钛矿TO的晶格结构、能带结构、电子态密度及及学性质进行了计算.结果表明：贵金属掺杂后4。
2的晶格体积都出现了不同程度的增大;Pd和Pt掺杂后4。
2体系的禁带宽度减小，Ru、Ag和Au掺杂后体系表现出了一定的金属属性，五种贵金属掺杂TOO后吸收光谱都有红移的趋势.掺杂形成能计计表明，除Ru金属外，富氧条件下掺杂更容易实现.关键词：锐钛矿TOO；贵金属掺杂；第一性性理；光学性质中图分类号：O649文献标识码：A DOI：10.19855/j.l000-0364.2021.036007The first principle study on the photocatalysis of noble metal doped anatase TiO2WU Fang-Di1,YANG Zi-Tao1,HU Jia-Peng1,LI Su-Qiong2(1.Fujian Provincial Key Laboratory of Eco-Industrial Green Technology,Wuyi University,Wuyishan354300,China；2.School of Life Sciences,Jiaying University,Meizhou514015,China)Abstract:In this study,the first pOnciple metOod based on density functional theory O used to calculaOe the laO-ticc structures,band structures,eletonic densities of state and opticct properties of pure anatase TiO?and nobte metat(Ru,Pd,Pt,Ag and Au)doped anatass TiO.The results show that the latticc vvlume of noble metat doped T1O2increeses.The band gaps of T1O2systems doped with Pd and Pt decreess,and the systems doped with Ru,Ag and Au show some metal properties.The dbsorption spectre of T1O2systems doped with fivv noble metals havv a red shift trend.The cclculation of doping formation enerey shows that doping is esier It be realized undee the condition of O-ech except Ru metal.Key words：Anatass T1O2;Noble metal doped;First penciples;Opticl properties1引言TOO作为最早开发利用的光催化材料，由于其廉价、无毒、化学稳定性好等优点，一直是光催化领域的首选.但由于其能带宽度较大（锐钛矿TQ为3.2eV）,只能利用紫外光和对可见光的利用率低等缺陷，从而使其应用的成本较高,极大限制其在光催化过程的应用.因此减小能带宽度提高其对可见光的利用率一直是国内外学者研究的热点•对TOO进行掺杂改性是减小能带宽度，提高其可见光利用率的一个有效手段，在掺杂改性中，又以金属及其复合物的形式最为常见.李沙沙等［1］,采用水热法制备了La、Co共掺杂的金红石相Ti02复合光催化剂，XRD测试表面掺杂没有改变TOO的的晶型结构，仍为金红石相，但提高了TOO表面缺陷浓度，有效的提高了材料的光催化性能.刘月等［2］对Y,La,Gd等16种稀土掺杂锐钛矿型TOO进行了几何结构、掺杂能带、电子态密度等的理论研究，结果表明：Y,La,Gd, Lu,Ce,Eu,Yb和Tb掺杂有利于提高TOO的光催化性能•Altomare［3］通过正十二烷基三甲基氯收稿日期：2020-D5-25基金项目：福建省自然科学基金（2017J01592,2019J01830）；福建省教育厅基金（JAT190771）作者简介：吴方棣（1985—）,男，在在博士，讲师，研究方向为功能催化材料.E-maiO fangdi4666@sins com第3"卷原子与分子物理学报第3期化化预制稳定的金属（Pt、Pd、Au和Ag）纳米颗粒胶态悬浮液，让其在P2540）分散液中沉积，制备得到不同金属掺杂的40）光催化剂.研究表明贵金属纳米颗粒的掺杂相当于电子陷阱，确保更好地分离光生电子对，从而提高空穴介导的氧化反应速率，有利于光催化氧化过程.Luo等人'采用溶胶-凝胶法制备了La/Fe/TiO）复合光催化剂.其制备的40）没有掺杂时为金红石相，掺杂L//F/时为锐钛矿•2/3/40）复合光催化剂比纯的40）有更强的可见光响应能力、更大的比表面积和更规整的形貌；其对氨氮废水也有更高的催化活性.DozK5（等采用两种不同的沉积方法，制备了Pt/40），Ru/40）及Pt_Ru/40）光催化剂.荧光分析结果表明，：的掺杂可以让40）吸收光谱红移，提高可见光的利用率.HRTEM分析结果表明，不同的沉积路径，：在40）上的分布不同.Hu/g等⑹进行了2、N共掺杂锐钛矿40）体系的理论研究，分析了掺杂增强光催化活性的机理，确定了提高光催化性能的掺杂方法. Khan'7（采用溶胶-凝胶法制备了两种不同铁浓度掺铁40）纳米颗粒，结果表明与纯40）纳米粒子相比，铁掺杂40）纳米粒子光学带隙随铁含量的增加而红移，在可见光照射下对亚甲基蓝染料的光催化降解性能有所提高.Liu等'采用爆燃法一步合成有较高光催化性能的Ag修饰43+掺杂40）纳米片，Ag修饰的43+掺杂40）复合材料具有丰富的超小Ag纳米粒子和43+离子，由于Ag 纳米粒子的等离子体效应，提高了光吸收能力和光生载流子的分离率，有效提高材料光催化降解有机污染物的能力•在金属掺杂改性中，贵金属掺杂的实验研究报道较多，对其理论分析计算的报道还较少，本文以第一性原理对Ru、Pd）Pt、Ag和Au等贵金属掺杂锐钛矿40）进行计算，计算掺杂前后的晶格参数、能带结构、态密度和光学性质变化，从理论上分析贵金属掺杂后对40）光催化性能的影响•2理论计算方法及模型理论计算采用基于密度泛函理论的第一性原理方法，在M/e\/s Studio7.0中由CASTEP模块完成⑼•计算过程中选用广义梯度近似！GGA）的超软應势和PW91交换关联函数'10（.在倒格矢空间，经收敛性测试后，Monbho\t-Pack的K点网格取为41"13，平面波截断能380eV，自洽精度为2.0x IO'6eV/a/G.40）及其掺杂模型在性质计算前进行了几何结构的优化.研究中采用锐钛矿相，空间点群为I4i/amd 的40）为原胞模型，构建了2x1x1的纯40）（4"016）和贵金属掺杂40）（47MO16，其中M分别为Ru、Pd、Pt、Ag和Au）的超晶胞模型.贵金属掺杂时分别用选定的贵金属替代超胞中的一个4原子，掺杂替代位置如图1所示，分别计算杂杂对胞体模型力结构的、态度度和催带原变.本次计算采用的价电子组态分别为：0$1t22t2 2p4、4：[Ar]3d24t2、Ru：[IK]4d75s1、Pd：[Kr]4d10、Ag：[Kr]4d105s1、Pt：[Xe]4f145d9 6s1和Au：[Xe]4f145d106s1.图1贵金属掺杂锐钛矿402(4b MO”)的晶体模型: M分别为Ru、Pd、Pt、Ag和AuFig.1CrystaS model of nobSe metaS doped anatase402 (47M016):M10Ru，Pd，Pt，Ag and Au respec-tiveSy3结果分析与讨论3・1掺杂前后的晶体结构了检验计算方法的准确性，本文计算了锐钛矿T00的晶格参数、体积模量和形成能，并与实验值进行了比较，如表1所示.从表中可以看出，402晶格参数的结果与实验值基本一致；形成能计算值为-9.91eV，与实验值-9.78eV误 差为1.3%，体积模量计算值与实验值误差为3.9%，总体误差均较小，说明本次采用的计算方法见了.计算比较了掺杂贵金属后的402的晶格参数和体积变化，如表2所示.从表中可以看出，随第38卷吴方棣，等：贵金属掺杂锐钛矿40）光催化性能的第一性原理研究第3期Note : u is the ratio of axial 4 - 0 bond length to lattice parameter c.表1锐钛矿402晶格参数Table 1 Latticc parameters of anatase Ti02a = b/ Ac/ A Bulk modulua/Gpa △ ；/ eV u Experimental value 3.784'11(9.515'11(178 '11(-9.78'12(0.208'13，14(Calculated value3.7959.579185-9.910. 208表2掺杂前后40)的晶格参数和键长Tabla 2 Lattice parameters and bond lengths of undoped andnoble metal doped anatase 40)Doped t0euae0on a A b/ A c/ A SuperceHvoeume/A 3Bond eengehof M- 0 / A40027.5893.7949.579275.840Ru0167.6423.7739.630277.7 1.69\(2)1-996 ax2. 065 ax40Pd0167.6393.8439.556280.5 2.013aa (2)2. 007 ax 2. 068 xx40Pe0167.655 3.8689.549282.7 2.035aa (2)2. 043a 2. 099 a40Ag0167.565 3.8609.907289.3 2.232aa (2)2. 098 a 2.1640Au0167.603 3.8639.952292.3 2.293aa (2)2. 087ax 2. 120axNote : M ie the corresponding to doped noble metale of Ru , Pd , Pt , Ag and Au , ra 0 the radial bond length , the number in () 0 the a mount of the same bond length , a it the axial bond length.着贵金属的掺杂，锐钛矿40）的晶格体积都有不同程度的增大.这主要是由于掺杂40）后体系贵金属与氧的键长发生了比较大的变化［+5］.计算得到的单纯锐钛矿40）的10-0径向和轴向的键长 分别为1. 939入和1. 995入，与实验值1.93 A 和i.98 m 基本一致'+3,⑷.从表2可以看出，相比于单纯锐钛矿40）的Ti-0键长，不管是径向还是轴向，掺杂贵金属M 与氧的键长都要比其来的更大，从而导致了掺杂后晶格体积的增大.并且M-0键长越长，晶格体积越大.M-0键长大于 Ti-0键长，也说明了掺杂的贵金属M -0的键能要小于Ti _ 0的键能，键能大小的变化也导致 了晶格畸变的发生，这在一定程度上有利于提高材料的光催化性能.同时，我们注意到，在掺杂后晶格体积增大，但也有某一轴向反而收缩的情况，如Pt 、Pd 掺杂后的c 轴，Ru 掺杂后的b 轴，以及Ag 掺杂后的a 轴都出现了局部收缩的情况,其可能原因是不同贵金属与40）之间的局部杂化［16］和原子半径差异等综合作用的结果.为了进一步分析掺杂贵金属对晶格结构的影响，本文计算了掺杂贵金属原子和相连接氧原子的密立根电荷分布，结果如表3所示.对于单纯锐钛矿40），其Ti 和0的密立根电荷分布为1.33和-0.66，与Yu '15（等人的计算结果一致.从表3可可看出，5种掺杂贵金属原子的电荷布居均小于单纯锐钛矿40）中4的1. 33 ；相对应 的，与贵金属原子相连接的氧原子的电荷布居均低于（绝对值）单纯锐钛矿40）中0的-0. 66，说 明掺杂的5种贵金属原子的电负性要大于4原子的电负性，这有利于电荷在晶格内的转移和电子 空穴的形成，对光催化过程是有利的.掺杂原子与4原子电负性的差异也进一步导致了晶格畸变的产生.3.2掺杂的形成能为了比较不同掺杂模型及不同条件下掺杂体系的稳定性，我们计算了掺杂体系在富钛（Ti- rich ）和富氧（0 - rich ）条件下的形成能.掺杂的形成能假定如（1）式反应进行'1140）+ p M = Ti ［-M^。
纳米TiO_2膜的制备及其光催化性能
艾智慧;杨鹏;陆晓华
【期刊名称】《环境科学与技术》
【年(卷),期】2004(27)B08
【摘要】采用溶胶凝胶法(Sol Gel)制备了负载型纳米TiO2膜,分别考察了原料配比、pH值、煅烧温度对薄膜性质的影响,并利用XRD对其结构进行了表征,同时,用负载型TiO2膜对活性艳红X 3B(X 3B)模拟染料废水进行了微波辅助光催化脱色的研究。
结果表明,改变原料配比及pH值可以制备出不同粒径的纳米TiO2膜,在450℃煅烧时TiO2呈锐态矿结构,在650℃以上出现锐态矿与金红石混晶结构,750℃时完全转变为金红石结构。
所制得的纳米TiO2薄膜对X 3B具有较好的光催化活性。
【总页数】3页(P4-6)
【关键词】TiO2薄膜;活性艳红X-3B;微波辅助光催化
【作者】艾智慧;杨鹏;陆晓华
【作者单位】华中科技大学环境科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X703.01
【相关文献】
1.纳米TiO_2/丝素复合膜的制备及其光催化性能 [J], 夏友谊
2.TiO_2/GO/PAN纳米纤维膜的制备及光催化性能 [J], 王成;蒋叶群;姚理荣
3.玻璃负载纳米TiO_2/SiO_2膜的制备和光催化性能 [J], 李建生;刘炳光;王少杰;董学通
4.超声辅助介孔纳米TiO_2光催化剂制备与光催化性能 [J], 杨在志;傅小明;许新宇;朱良怀;周炎;张臻
5.载体SiO_2上纳米TiO_2膜的制备及光催化性能 [J], 颜秀茹;郭伟巍;宋宽秀;霍明亮;王建萍
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
二氧化钛光催化反应的电化学阻抗谱研究
二氧化钛（TiO2）是一种常用的光催化材料，它具有广泛的应用，例如环境污染治理、太阳能光电转换和光催化水分解等领域。
电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy，EIS）是一种用于表征材料电化学性能的实验技术，可以在广泛的频率范围内测量电化学系统的阻抗响应。
在二氧化钛光催化反应的电化学阻抗谱研究中，可以通过以下步骤进行：
1. 样品制备：制备二氧化钛薄膜或纳米颗粒，通常使用溶胶-凝胶法、热解法或物理沉积等方法。
2. 电极制备：将二氧化钛样品涂覆在导电基材上制备电极，常用的基材有导电玻璃、氟化锡导电玻璃和导电聚合物等。
3. 实验装置搭建：搭建适当的电化学细胞，通常包括工作电极、参比电极和计数电极。
4. EIS测量：在恒定的直流电位下，通过施加小振幅的交流电信号，测量电化学系统的阻抗响应。
可以使用交流电化学工作站或频率响应分析仪等设备进行测量。
5. 数据分析：将测得的阻抗谱数据转换为Nyquist图或Bode图，并进行相应的拟合分析。
常见的拟合方法包括等效电路模型拟合、半圆拟合等。
通过分析阻抗谱可以得到一些关键参数，如电荷传递电阻、电解质电阻、电极表面电容等，这些参数反映了二氧化钛光催化反应中的电化学过程和界面特性。
此外，EIS还可以用于研究光催化剂的光电转换效率、光生电荷分离和传输等方面的性能。
需要注意的是，二氧化钛光催化反应的电化学阻抗谱研究是一个复杂的课题，需要综合考虑光催化材料的特性、电极的构建和实验条件等因素，以获取可靠的结果。
T iO2-SiO2薄膜的光催化活性和超亲水性能Ξ于向阳ΞΞ程继健(华东理工大学无机材料研究所,上海 200237)摘要:采用溶胶凝胶法在普通玻璃表面制备了均匀的T iO-SiO2光催化薄膜,并研究了SiO2含2量对T iO2光催化性能和超亲水性能的影响。
对罗丹明B的光降解实验表明,加入少量的SiO2可提高T iO2薄膜的光催化性能,过多的SiO2降低了T iO2光催化活性。
但超亲水性的实验则表明,加入量提高了玻璃表面的超亲水性能。
较多的SiO2关键词:二氧化钛;二氧化硅;光催化活能;超亲水性中图分类号:T Q171.73+9 文献标识码:A 文章编号:1000-2871(2001)03-0038-05 The Photocatalytic Activity and Super-H ydrophilicProperty of TiO2-SiO2FilmsYU XiangΟyang,CHENG JiΟjian(Research Institute of Inorganic Material,East China University of Science&T echnology,Shanghai,200237,China) Abstract:T iO2-SiO2films are coated on the surface of glass by s ol-gel process.E ffects of the am ount ofSiO2addition on the photocatalytic activity and super-hydrophilic property of T iO2are investigated.Resultsof photodecom posing Rhodamine B show that a small am out of SiO2addition im proves the photocatalytic ac2tivity of T iO2;however,a larger am ount of SiO2addition im proves the super-hydrophilic property of T iO2.K ey w ords:T itania;Silica;Photocatalytic activity;Super-hydrophilic property1 前言自从1972年T iO2光催化特性由日本藤 昭教授发现以来,以其为代表的光催化材料已得到广泛的研究,利用T iO2光催化材料对环境中各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛关注。
文章编号:1002-2082(2004)05-0053-03电子束蒸发T i O2薄膜的光学特性潘永强,朱昌,弥谦,宋俊杰(西安工业学院 光电工程学院,陕西西安 710032)摘 要: 研究了不同工艺参数条件下,电子束蒸发T i O2薄膜的光学特性。
在正交实验的基础上,利用离子束辅助沉积技术,获得了影响T i O2薄膜折射率的主要因素,得到了T i O2薄膜的折射率随氧气分压的关系。
对离子氧和分子氧两种情况下T i O2薄膜的折射率进行了比较,得到了T i O2薄膜的折射率与沉积速度的关系,并给出了T i O2薄膜的红外吸收光谱。
关键词: 电子束蒸发;T i O2薄膜;折射率;红外吸收光谱中图分类号:O484.1 文献标识码:AThe Optica l Properties of T i O2Th i n F il m Preparedby Electron Beam Evapora tionPAN Yong2qiang,ZHU Chang,M i Q ian,SON G Jun2jie(X i’an Institute of T echno logy,X i’an710032,Ch ina)Abstract:T he op tical p roperties of T i O2th in fil m s p repared by electron beam evapo rati on w ith different craft param eters are studied.O n the base of experi m ents,the m ain facto rs of affecting the refractive index of the T i O2th in fil m depo siti on assisted by i on beam have been found out.Functi on relati on of T i O2refrative index,oxygen p ressure and depo siti on speed have been gained,besides infrared spectrum.R efractive indices of T i O2th in fil m s depo sited in i oned and mo lecular oxygen are compared.Keywords:electron beam evapo rati on;tianium di oxide th in fil m;refractive index;infrared abso rp ti on spectrum引言二氧化钛薄膜的折射率高,膜层牢固稳定,在可见和近红外区透明,这些优异的性能使其在光学薄膜应用中十分诱人。
