锆掺杂对介孔二氧化钛催化性能的优化解析

金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算/王海东等?129?金属掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算王海东,万巍(中南大学无机材料研究所,长沙410083)摘要采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,计算了纯锐钛矿相TiU2及5种不同金属掺杂Ti()2的晶格常数,能带结构,态密度与光吸收系数.结果表明,掺杂后能级的变化主要是过渡金属Co3d,Fe3d,Zr4d,Zr4p,V3p,V3d,W5d及W5p轨道的贡献.随着co,Fe,V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈减小趋势;Zr掺杂对能带结构几乎不产生影响;W掺杂能级远离禁带,只对价带构成产生了影响.金属掺杂使禁带宽度变化或出现新杂质能级,导致了Ti()2吸收边沿红移或在可见光区域出现新的吸收峰;其中Co,Fe掺杂的吸收边沿明显红移,而w掺杂时在可见光区域出现较强的吸收峰.'关键词第一性原理锐钛矿相TiOz金属掺杂中图分类号:TN302;O411文献标识码:A StudyontheMetalDopedAnataseTiO2byFirstPrinciplesW ANGHaidong,WANWei(InstituteofInorganicMaterials,CentralSouthUniversity,Changsha410083) AbstractThelatticeconstant,bandstructure,densityofstatesandopticalpropertiesofpurean dCo,Fe,Zr,V,WdopingTi02werecalculatedusingthefirst-principleplane-waveultrasoftpseudopotent ialmethodsbasedonthe densityfunctionaltheorNTheresultsindicatethattheformationofimpuritylevelismainlyco ntributedbymixingwithCO3d,Fe3d,Zr4p,Zr4d,V3p,V3d,W5p,W5dorbita1ofthetransitionmeta1.Thebandg apdecreaseswithincreasingCo,ice,Vconcentration.ThereisnoimpuritylevelpresentinthebandstructureofZ rdopingTi02.Impu—ritylevelofWdopingTi02leavesawayfromthebandgap,onlycausestheconstitutionofvalen ceban&Thedoping withmetalliciconsisresponsibleforthechangesofbandgapornewappearanceofimpurityle vel,whichbringstheredshiftofTi02absorptionwavelengthortheappearanceofnewabsorptionpeakinthevisible 1ightregion.Thedo—pingofCo,FebringstheredshiftofTi02absorptionwavelengthobviouslyandW-dopingcaus esastrongabsorptionpeakinthevisiblelightregion.KeywordsFirst-principlecalculation,anatasetitaniumdioxide,metaldoped0引言作为光催化环境净化材料,Ti0因具有无毒,成本低,稳定性好等诸多优点而成为最具研发潜力的光催化剂.但由于TiO是宽禁带半导体氧化物,使其对太阳能的利用受到了限制.因此,如何通过改性手段提高其光谱响应范围是TiO光催化性能推广应用的关键.对TiOz的改性研究表明,金属离子掺杂改性是有效的方法之一理想的掺杂离子应在材料内形成合适的施主或受主能级,且这些能级位于距离导带或价带较理想的位置,既可以俘获载流子促进光生载流子的分离,又能快速释放载流子以避免成为载流子失活中心[1].在已开展的金属离子掺杂TiO光催化活性的实验研究中,Choi等采用Sol—gel法将与Ti半径接近的21种金属离子掺入到TiO中,结果表明,掺杂Fe",Mo",Ru什,Os抖,Re汁,V",Rh3均可明显提高TiO的氧化还原能力,而Li,M,Al",Ga什等S区及P区离子掺杂则降低了Ti0.的光催化活性.相对于实验研究,模拟计算技术具有可以克服实验中人为因素的影响,更易于深入分析离子掺杂改性机理的特点.从2O世纪9O年代开始应用第一性原理对Ti02纳米材料进行计算模拟的研究工作已逐渐展开r3].曹红红等_4]使用全电势线性缀加平面波法,对锐钛矿相TiO做了较系统的计算,优化后所得结果与实验值符合得很好.Umebayashi等]利用基于密度泛函理论的全电势线性缀加平面波法计算了3d过渡金属掺杂锐钛矿相TiO.的电子结构,结果表明掺杂物的t.态在禁带或价带中产生了一个杂质能级,并且随着掺杂原子序数的增大,杂质能级向低能级方向移动.为进一步系统地研究金属掺杂对锐钛矿相TiO光催化性能的影响机理,采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法,计算了纯锐钛矿相Ti()2及5种不同金属(Co,*教育部博士点基金(20100162110062)王海东:1963年生,博士,教授Tel:0731—8836963E-mail:***************】30?材料导报B:研究篇2O11年7月(下)第25卷第7期Fe,Zr,V,w)在多浓度掺杂下TiO.的晶格常数,能带结构,电子态密度及光吸收性质,研究了相应掺杂情况下各种掺杂对锐钛矿相()电子结构及光学性能的影响.1计算方法与结构优化通过在锐钛矿型Ti().超晶胞中掺杂一个原子替代,¨原子对掺杂效应进行模拟.建立的3个模型是:2×1xl,2x2×1,3×2×1的超晶胞,这些超晶胞分别包含24,48,72个原子,对的理论掺杂浓度(原子分数,下同)为4.17,2.08,1.3【{,标记为模型(b),((t),(d);作为参照也刈'未掺杂的Ti():单胞进行了讣算,标记为模型(a),如图1所示.相应的(a),(b),(c),(d)模型k—point取样Monkhorst—pack的格点分别选取为5×5×2,5×3×2,3×3x2,3×2×2.埘品体结构优化后,找到晶体结构的最稳定点,再完成能带结构, 态密度和光学性质的计算.图1替位掺杂锐钛矿型Ti02计算模型Fig.1ThecalculationmodelsforsubstitutionalanataseTi()2通过Accelrys公司开发的Materialsstudio中的CASTEP模块,采用基于密度泛函理论(Densityfunction theory,DFT)的平面波超软赝势方法进行计算.在掺杂前后的结构优化环节中交换关联函数均采用广义梯度近似(GGA,Generalizedgradientapproximation),赝势函数采用PBE(Perdew,BurkeandErnzerhof)梯度修正函数,并在此近似下进行了结构及性质计算.其它计算参数设置为:平面波截断~(Cutoff)340eV,自洽场收敛性标准(SCFtolerance)5×10eV/atom,两次迭代体系能量收敛精度5×10eV/ atom,原子最大受力收敛精度1×lOeV/A,最大应变收敛精度2×10GPa,原子最大位移收敛精度5×10A,计算的价态电子有Ti3s.3p3d4s.,O2s2p,Co3d4s,Fe3d.4s,Zr4s4p.4d5s,V3s.3p3d.4s,WSs.5p5d6s,所有计算均在倒易空间中进行.作为后续计算基础的未掺杂rri模型,表1为经优化后锐钛矿相Ti()晶胞结构参数的计算结果n,c,"(dap/c, dap是轴向Ti一()键长)与实验值及文献值的比较.从表1中可以看出,理论计算结果l7与实验数值_8接近, 表明计算精确度高,模型可靠.表l锐钛矿相TiO2结构参数比较Table1StructureparameterofanataseTiO22结果与讨论2.1能带结构分析根据掺杂模型计算所得能带结构,各模型的禁带宽度值9Ti●O●M(掺杂原子)如表2所示.从表2中可以看出,随着Co,Fe,V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈现出明显减小的趋势;而掺杂时不同掺杂浓度下禁带宽度几乎一致;但w掺杂下禁带宽度反而增大,甚至比未掺杂TiO的禁带宽度更大.表2计算模型的带隙宽度值Table2Bandgapofcalculationmodels考查掺杂前后禁带宽度变化最大的模型,选取费米能级为零点,纯锐钛矿相TiO:及各金属元素4.17掺杂浓度下在沿布里渊区对称点上的能带结构如图2所示.据图2(a)可以看出锐钛矿型TiO.的导带最低点及价带最高点均在G点,据此判定其为直接能隙半导体,禁带宽度为2.23eV,小于实验值3.23eV,与Asahi等的计算结果相近.由于在广义梯度近似(GGA)计算下,交换关联函数不能完全反映真实的多电子相互作用,导致得到的禁带宽度要比真实的禁带宽度小.这种由于计算方法本身造成低估带隙的情况,文献[9,10]已进行过讨论.但作为一种有效的近似方法,其结果的相对值还是准确的,不影响对能带结构的分析.由图2(b)一(f)可知,Co,Fe,Zr,V和w掺杂TiO.的导带最低点分别在G,Z,G,G,G点,而价带最高点分别位于G, F,F,F,F点.这表明Co掺杂的电子为直接跃迁,禁带宽度为0.47eV;而Fe,Zr,V和w掺杂的电子为间接跃迁,禁带宽度分别为1.70eV,2.18eV,1.78eV,2.74eV.与TiO2的金属掺杂锐钛矿相TiOz的第一性原理计算/王海东等?131? 禁带宽度2.23eV相比,w掺杂后禁带宽度变宽,而co,Fe,Zr,V均有不同程度的减小,其中C()掺杂后TiO禁带宽度最小.根据半导体掺杂理论,杂质浓度较高时杂质原子相互间较接近,因此杂质原子之间的电子波函数发生重叠,使孤立的杂质扩展成为能带,即杂质能带[1.图2(b),(c)中,Co,Fe掺杂分别在禁带中上部产生了2条和3条新杂质能级,可在电子跃迁时起中问过渡作用,能有效减小所需的激发能量,从而拓宽了Co和Fe掺杂TiO.的光响应波长范围. 42净O器一2一4-6在图2(e)中,V掺杂能级位于接近导带底的位置,与Ti3d轨道形成复合导带底.由图2(d)可知,Zr掺杂在低浓度下产生的能级不明显,新能级与O2p轨道复合形成价带顶,但Zr 掺杂与V掺杂一样也没有引人中间能级,不会形成新的空穴俘获中心,因而亦可较有效地提高T[O的光催化活性.如图2(f)所示,w掺杂后只在靠近价带下方出现了新的能级, 使价带宽度增加,对禁带影响不明显,不会使光吸收边沿发生红移.42;≈一2一4—6GFqzGGFQZGGFQzG图2能带结构Fig.2Energybandstructure2.2电子态密度分析与能带结构分析相对应,选取4.17掺杂浓度,对不同金属元素Co,Fe,Zr,V和W掺杂Ti()2在沿布里渊区对称点上的总态密度(DOS)与纯Ti02总态密度进行了比较,如图3 所示.图3总态密度图Fig.3Totaldensityofstates从图3可知,与纯TiO.相比掺杂后体系的导带和价带的位置出现了负移,且掺杂后导带的宽度均有不同程度的减小,理论上将使掺杂后的TiO.具有更强的氧化还原能力.Zr掺杂TiOz后的态密度与未掺杂TiOz的态密度基本相似, 2O一2三醣≈一4口[一6-8GFQ没有明显的变化;Co,Fe掺杂后分别在禁带中间靠近导带和靠近价带方向出现了新的态密度.在V掺杂TiO靠近导带下方出现了一个"小肩峰",使导带向低能量方向偏移,有利于禁带宽度的减小;在W掺杂靠近TiOz价带下方也出现了新的态密度"肩峰",使得价带加宽;V和W掺杂TiO.的总态密度整体向能量最低的方向偏移.掺杂前后电子结构的变化可根据费米能级附近价带和导带的偏态密度(PDOS)作进一步分析,如图4所示.由图4(a)可以看出,锐钛矿型TiO在费米能级附近的价带和导带分别主要由.原子的2p轨道和rri原子的3d轨道组成,价带范围一5.26～0.77eV,宽度为6.03eV;导带范围1.61～5.49eV,宽度为3.88eV.如图4(b)所示,Co掺杂Ti02价带(一6.40～O.36eV)主要由02p轨道组成,昆合了Ti3d和Co3d轨道,宽度为6.76 eV,比未掺杂Ti02的价带宽度明显增加;导带(2.O9～3.94 eV)主要由Ti3d轨道组成,同时也混合了Co3d和02p轨道,宽度为1.85eV,比未掺杂TiO:的导带宽度明显减小.相对未掺杂的TiO.,Co掺杂后价带向下移动0.41eV,导带向上移动0.48eV.但在导带和价带之间形成了由Co3d和O2p轨道杂化的中间能带,从而有利于价电子从价带到导带的跃迁,表现出良好的光学性能.6420>∞\∞金属掺杂锐钛矿相Ti()2的第一性原理计算/王海东等?133? 荷和更小的半径,取代后可能导致Ti什与O.卜距离变小,有利于光生电子的跃迁,而且具有更大的电荷半径比,以至于w对()一有较强的极化效应.另外一个原因是w的掺杂是高价掺杂.Kiriakidou等口认为掺杂离子的化合价高时会使费米能级和能带向上漂移,表面势垒变高,空间电荷区变窄,使光生电子和空穴在强场的作用能够得到有效的分离.图5掺杂TiO2的紫外一可见吸收光谱Fig.5UV-visabsorptionspectraofaopedTi023结论采用基于密度泛函理论的从头算平面波超软赝势方法研究了纯锐钛矿相TiO及5种不同金属掺杂TiO.的晶格常数,能带结构,电子态密度与光吸收系数.模拟计算表明:掺杂计算基础的未掺杂TiO模型,经优化后晶胞结构参数的计算结果与实验值偏差较小,参数设置合理,模型可靠. (1)掺杂后能级的变化主要是过渡金属Co3d,Fe3d,Zr4d,Zr4p,V3p,V3d,W5p,W5d轨道的贡献.随着3d过渡金属Co,Fe,V掺杂浓度的增加,禁带宽度呈减小趋势,且均在禁带中产生了明显的杂质能级;Zr掺杂前后所得结构几乎一致,与掺杂浓度无关;但w掺杂由于导带价带相对位置的变化使禁带宽度增大,并在原有价带以下产生了新的杂质能级.(2)掺杂导致禁带宽度变窄或出现新的杂质能级,在紫外一可见吸收光谱中表现为TiO吸收边沿的红移或出现新的吸收峰.其中Co,Fe掺杂的吸收边沿明显红移,而w掺杂在可见光区域出现了很强的新的吸收峰.致谢感谢q-南大学高性能计算q-心在模拟计算方面提供的技术支持与帮助.参考文献I张金龙,陈锋,何斌.光催化EM].上海:华东理工大学出版社,2004:712ChoiW,TerrainA.HoffmanMRTheroleofmetaliondopantsinquantum-sizedTiO2:Correlationbetweenphoto—reactivityandchargecarrierrecombinationdynamics[J].j PhysChem,1994,98(51):136693SegallMD,LindanJDP,ProbertMJ,eta1.First-princi—plessimulation:Ideas,illustrationsandtheCASTEPcodeLJ一].JPhys:CondensedMatter,2002,14(11):27174CaoHonghong(曹红红),HuangHaibo(黄海波),ChenQiang(陈强).AbinitiocalculationsofanataseTi()2(对锐钛矿相TiO2的第一原理计算KJ].JBeijingUniversityAero—nauticsAstronautics(北京航空航天大学),2005,31(2):2515AsalhiR,TagaY,MannstadtW,eta1.Electronicandop—ticalpropertiesofanataseTiO2口].PhysRevB,2000,61 (11):74596UmebayashiT,Y amakiT,ItohH,eta1.Analysisofelec—tronicstructuresof3dtransitionmetal—dopedTiO2basedon bandcalculations[J].JPhysChemSolids,2002,63(10):'19097TianFenghui(田风惠).Theorystudy0nnon-metallicele—mentdopedTiO2一basedphotocata1yst(非金属元素掺杂改性的Ti02基光催化剂的理论研究)[D].Shangdong(山东): ShangdongUniversity(山东大学),20068BurdettJK,HughbandksT,MillerGJ,eta1.Structural electronicrelationshipsininorganicsolids:Powderneutron diffractionstudiesoftherutileandanatasepolymorphsofti—taniumdioxideat15and295K[J].JAmChemSoc,1987,109(12):36399PerdewJP.PhysicalcontentoftheexactKohn-shamorbital energies:Bandgapsandderivativediscontinuities[J].Phys RevLett,1983,5l(20):188410V alentinCD,FinazziE,PaeehioniG,eta1.Densityfunc—tionaltheoryandelectronparamagneticresonancestudyon theeffectofN-FCo-dopingofTi()2[J].ChemMater,2008,20(11):3706l1谢希德,陆栋.固体能带理论EM].上海:复旦大学出版社, 1998:1012WengHongming,Y angXiaoping,DongJinming,eta1.E—lectronicstructureandopticalpropertiesoftheCo-doped anataseTi02studiedfromfirstprinciples[J].PhysRevB, 2004,69(12):12521913LiaoBin,ZhaoQinli,YingWuxian,eta1.Calculationofe—lectronicstructureofanataseTi02dopedwithtransition metalV,Cr,FeandCuatomsbythelinearizedaugmented planewavemethod[J].ChineseJStructuralChem,2009,28 (7):86914DuXiaosong,LiQunxiang,SuHaibin,eta1.Electronicand magneticpropertiesofV-dopedanataseTi02fromfirstprin—ciples[J].PhysRevB,2006,74(23):233201l5KiriakidouF,KondaridesDI,V erykiosXE.Theeffectof operationalparametersandTi02一dopingonthephotocataly- ticdegradationofazo-dyes[-J~.CatalToday,1999,54(1):119(责任编辑汪雁南)。

TiO2是一种重要的功能材料，具有广泛的应用前景，其物理化学性能对其应用性能起着至关重要的作用。

近年来，研究人员发现，通过掺杂非金属元素C，可以显著影响TiO2晶粒的大小，这引起了广泛关注。

本文将探讨tio2掺杂非金属元素c后，晶粒变小的原因，并给出一些相关的研究成果和结论。

1. TiO2晶粒的大小对其性能的影响TiO2是一种重要的半导体材料，在光催化、光电化学和光电子器件等领域具有广泛的应用。

TiO2的晶粒大小直接影响其光学、电学和化学性能。

较小的晶粒通常具有更大的比表面积和更明显的光催化活性，因此控制TiO2晶粒的大小对其应用具有重要意义。

2. 掺杂非金属元素C对TiO2晶粒大小的影响最近的研究表明，通过掺杂非金属元素C，可以显著影响TiO2晶粒的大小。

掺杂C可以有效地抑制TiO2晶粒长大，使TiO2晶粒变小。

这一发现引起了广泛的兴趣，许多研究人员开始探索掺杂C对TiO2晶粒大小影响的机制。

3. 可能的影响机制目前，关于掺杂非金属元素C对TiO2晶粒大小影响的机制还存在一定的争议。

然而，有一些研究结果表明，C的掺杂可以引起TiO2晶体晶格畸变，从而改变TiO2晶粒的生长机制，抑制晶粒长大，使TiO2晶粒变小。

4. 应用前景掺杂非金属元素C可以有效地控制TiO2晶粒的大小，从而改善TiO2的性能，扩展其在光催化、光电化学和光电子器件等领域的应用。

进一步研究掺杂C对TiO2晶粒大小影响的机制，将有助于深入了解TiO2材料的性质，并推动其在各种应用中的发展。

5. 结论通过掺杂非金属元素C，可以有效地抑制TiO2晶粒的长大，使其晶粒变小。

这一发现为TiO2材料的性能改进和应用拓展提供了新的途径。

然而，关于C掺杂对TiO2晶粒大小影响的具体机制仍需进一步深入研究。

希望未来能有更多的研究工作能够探索这一领域，为TiO2材料的应用和发展做出更大的贡献。

通过掺杂非金属元素C可以显著影响TiO2晶粒的大小，这一发现具有重要的理论和应用意义。

TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究TiO2的改性及其光催化去除NOx机理研究摘要：近年来，由于工业活动和汽车尾气的排放，大气中的氮氧化物（NOx）浓度急剧增加，给人们的健康和环境造成了严重威胁。

因此，寻找高效、环境友好的NOx去除方法具有重要意义。

其中，光催化技术由于其高效、低成本和无二次污染等特点而备受关注。

TiO2作为一种重要的光催化材料，其光催化性能可以通过改性来进一步提升。

本文综述了TiO2的几种常见改性方法，并重点介绍了改性后的TiO2在光催化去除NOx中的应用和相应的机理研究。

关键词：TiO2，改性，光催化，NOx，机理1. 引言大气中NOx的来源主要包括工业排放、汽车尾气和燃料燃烧等。

NOx对人体健康和环境造成了严重威胁，如导致呼吸系统病变、光化学烟雾和酸雨的发生等。

传统的NOx去除方法包括吸收、氧化和催化还原等，但存在着成本较高、操作复杂和生成二次污染物等问题。

相比之下，光催化去除NOx技术具有高效、低成本和无二次污染等特点，因此备受关注。

2. TiO2的常见改性方法TiO2的改性可以通过不同的方法进行，如掺杂、复合和表面修饰等。

其中，掺杂是指通过将其他金属或非金属元素掺入TiO2晶格中来改变其物理和化学性质。

复合则是将其他纳米材料与TiO2进行混合，形成复合光催化材料。

表面修饰是指通过在TiO2表面引入功能性物质，如金属氧化物、有机染料和聚合物等。

这些改性方法可以提高TiO2的光吸收能力、光生电子-空穴对的分离效率和光催化活性，进而提高其去除NOx的效率。

3. TiO2改性在光催化去除NOx中的应用通过改性，TiO2的光催化性能可以得到明显提升，进而应用于光催化去除NOx反应中。

以掺杂为例，金属离子（如N、Fe、Ag等）的掺杂可以改变TiO2的能带结构，增强其光吸收能力，并提高光生电子-空穴对的分离效率。

复合材料（如TiO2/SiO2、TiO2/ZnO等）的制备能够形成异质结构，提高光生电子-空穴对的利用效率，并增强光催化活性。

第36卷第1期2251年3月西南科技大学学报Jo/rnai of So/thwest University of Scie/ce and TechnologaVo/36No.1Mar,2021原位法制备介孔SiO2@TiO2粉体及其性能研究尹梦康明孙蓉李昌林赵宇航(西南科技大学材料科学与工程学院四川绵阳651010)摘要:介孔S i O2@T i O2粉体具有较大比表面积及有序的孔径分布，在吸附、药物控释以及催化剂载体等领域应用前景广阔。

以正硅酸乙酯为硅源、钛酸正丁酯为钛源、十六烷基三甲基漠化铵为模板剂，结合并改进溶胶凝胶法和水解沉淀法，设计了一种原位制备介孔S i O2@T i O2粉体的方法。

通过对不同酸碱条件下所得样品进行结构与性能分析表明，碱性条件有利于介孔S1O2@T1O2粉体的制备，在pH值为3和5时，其孔径分布不集中，比表面积在10 m2/g以下，当pH值为0〜11时,其比表面积为150〜200m5/g,孔体积为0.213〜0.369mL/g,孔径集中分布在5nm 左右。

相较于传统的溶胶凝胶法，原位法制备的介孔S i O2@T i O2粉体比表面积和孔体积均有增大,孔径减小但分布集中，使其更适合作为催化剂载体。

关键词:原位法介孔S1O2@T1O2粉体比表面积孔体积孔径中图分类号：0643.36文献标志码：A文章编号：1671-8755(2021)01-0023-05In-siti Preyaration and Praperties of Mesoporaus SiO2@TiO2PowderYIN Msg,KANG Ming,SUN Rong,L)Chapglia,ZHAO YuUapg(School of Materiad ang Engineering,Southwest Universita of angTechnolofa,MianyaTig621212,Sichuan,China)Abstract:Meso/oro/o SiO2@T1O2powder has a larpe specific surface area and orbereC pore size distri/u-tioc,which UPngo a wi/e applicatio/prospect in the fields of aPsorptioc,co/trolleC release of drugs and catalyst suupoU.In t hio stuUy ,with chyl orthosilicate as silicoc so/rce,n-Putyl titanate as titanium so/rce and cCyt tCoChyt ammo/ium Uromine as template agent,a metho/for in-situ pcpdction of mco-poro/o SiO2@T1O2powder wao invecteC Oa。

掺杂型纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝1. 引言介绍光催化技术在水处理领域的应用，提出掺杂型纳米TiO2对亚甲基蓝的降解效果及其优势。

2. 实验方法详细介绍实验所采用的方法，包括纳米TiO2的合成、掺杂材料的制备以及实验条件和程序。

3. 结果与分析描述实验结果，分析掺杂型纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝的反应机理和降解效果，包括掺杂对反应速率常数的影响、影响因素的分析以及反应产物的鉴定等。

4. 讨论与展望对实验结果进行讨论，分析存在的问题，并提出今后改进的方向和发展前景。

5. 结论总结本次实验的结论，强调掺杂型纳米TiO2光催化可以有效降解亚甲基蓝，对水处理具有很大的应用价值。

同时指出需要进一步研究以提高其实际应用效果，完善其理论基础。

随着经济和技术的发展，环境污染所引发的问题越来越引起人们的关注。

如何有效地处理废水，减少有害物质的排放，成为了研究的重点。

作为一种新型的水处理技术，光催化技术被广泛应用于水质净化领域。

光催化技术是指利用一些半导体材料（如钛酸钡、铟化镓、氮化硼等）在紫外线、可见光或者红外线辐射下产生有效的光催化活性物质，对有机物进行降解的一种技术。

目前，最常用的半导体催化剂是纳米钛酸盐（TiO2）。

纳米TiO2具有表面积大、光吸收能力强、化学性质稳定以及无毒性等特点，被广泛应用于环境领域的污水处理、空气净化以及医学领域等。

然而，TiO2光催化反应在实际应用中存在一些问题，如催化剂的稳定性不足以及光催化反应速度慢等。

为了解决这些问题，研究者们对TiO2催化剂进行了一系列的改进研究，提高了催化剂的稳定性和光催化效率。

其中，掺杂型纳米TiO2经过改进后显示出了较好的光催化活性和稳定性。

本文在掺杂型纳米TiO2光催化技术的基础上，研究其在亚甲基蓝的水处理中的降解效果。

亚甲基蓝是一种广泛存在于工业废水中的难降解有机物，自然界中很难被分解，因此对环境具有较大的危害。

通过研究掺杂型纳米TiO2的光催化降解亚甲基蓝的效果，并探究反应机理和影响因素，以期为水资源的保护和环境的治理提供一定的理论依据。

学年论文题目：Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角学院：物理与电子工程学院专业：物理学学生姓名：学号：指导教师：简短评语成绩：指导教师签名：Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角作者：Juan Su，Xiaoxin Zou和Jie-Sheng Chen翻译123摘要：金属氧化物的化学缺陷是一个无机电晶体材料的重要研究方向。

这是因为（i）相当一部分缺陷或瑕疵存在于金属氧化物材料中(ii）出现的缺陷有时甚至决定了材料的物理、化学特性；(iii）更重要的，缺陷不可避免的对材料的特性产生不利影响:正确地认识 " 缺陷工程学 " 使能改良为所需的特性，甚至是在自然材料中不是可得的一些新型有用的功能特性。

基于这些观点，我们了解钛氧化物化学缺陷(例如Ti,TiO2),并在研究多功能的金属氧化物方向努力进行研究,并在这方面特意给予高度重视。

经讨论，把部分精力放于合成氧空位/Ti3+自掺杂TiO2材料和受欢迎的的缺陷对材料的特性及应用的影响。

在这个评论中,把重心集中在代表性的金属制的氧化物（也就是，TiO2), 按预期提出一些新视角在金属氧化物的常见化学缺陷，并促进金属氧化物材料的“缺陷工程学”的发展。

1. 引言钛（Ti）是地壳中的第九大元素（0.63%) ，它的含量仅次于大量存在的 O 、Si 、Al 、Fe 、Ca 、Na 、K和Mg。

[1]二氧化钛（TiO2)作为钛的最重要的氧化物，它主要以三种晶型（锐钛矿、金红石和板钛矿）存在, 是一种多功能的金属氧化物材料2-8。

二十的世纪初期以来，TiO2已经在商业中被当作白色染料,防晒添加剂等等。

,这些传统的应用主要是基于它特殊的物理化学性质，例如:高的折射率,强的紫外线吸收的能力、优越的化学稳定性和丰富的含量。

[2-8]在1972 年， Fujishima 和Honda发现在紫外线的照射下TiO2电极上发生了水的电解。

SiO2掺杂改性TiO2纳米纤维光催化剂去除空气中
甲苯的研究的开题报告
一、研究背景
VOCs（挥发性有机化合物）是一种有害污染物，可以直接或间接对生态环境和人们的健康造成严重影响。

因此，研究高效的VOCs净化技术对于改善空气质量非常重要。

TiO2作为一种光催化剂因其低毒性、良好的稳定性、高光催化活性和易得性而备受关注。

然而，TiO2在纯化合物中的活性较低，因此通常需要进行物理或化学改性。

其中，掺杂改性已被证明是一种有效的改性方式，可能在TiO2纳米光催化剂中引入的掺杂离子可固有地增加其光催化活性。

二、研究目的
本研究的目的是合成掺杂改性的TiO2纳米光催化剂，探究其中SiO2掺杂对光催化性能的影响，并利用该催化剂去除空气中的甲苯污染物。

三、研究方法
1. 合成SiO2掺杂改性TiO2纳米光催化剂
采用溶胶-凝胶法制备SiO2掺杂改性TiO2纳米光催化剂。

制备过程中掺杂的SiO2量将分别为1％、2％、3％和4％。

制备过程中的样品将使用XRD、SEM和TEM等工具进行表征。

2. 催化剂性能测试
采用催化剂膜法测定催化剂的光催化活性，甲苯的去除效率将用GC-MS测定。

研究反应温度、甲苯初始浓度、SiO2掺杂量等对催化剂的影响。

四、研究意义
本研究将有助于开发高效的VOCs去除技术，并提高人类生活环境的质量，也为纳米光催化剂的改性及其应用提供一条新思路。

二氧化钛掺杂磷酸铁锂的原理二氧化钛掺杂磷酸铁锂是一种新型的材料，具有很大的应用潜力。

它的研究和开发对于电池技术的进步具有重要意义。

下面将从原理的角度，详细介绍二氧化钛掺杂磷酸铁锂的特点和作用。

我们来了解一下二氧化钛掺杂磷酸铁锂的定义。

二氧化钛掺杂磷酸铁锂是一种将二氧化钛掺杂到磷酸铁锂中的新型材料。

磷酸铁锂作为一种重要的正极材料，具有高能量密度和良好的循环寿命，但其电导率较低，导致电池性能有限。

而通过掺杂二氧化钛，可以提高磷酸铁锂的导电性能，从而提高电池的性能。

二氧化钛具有优异的导电性能和光催化性能，通过掺杂到磷酸铁锂中，可以改善其导电性能，并且增强其光催化性能。

这主要是因为二氧化钛的导电性能较好，可以提供更多的电子传输通道，从而提高了材料的电导率。

而且，二氧化钛的光催化性能可以促进材料的电子传输过程，进一步提高电池的性能。

我们来分析二氧化钛掺杂磷酸铁锂的原理。

二氧化钛作为一种n型半导体，具有良好的导电性能。

掺杂二氧化钛到磷酸铁锂中，可以形成p-n结，从而促进电子的传输。

在电池充放电过程中，二氧化钛掺杂的磷酸铁锂可以提供更多的电子传输通道，加快电池内部的电子传输速度，从而提高电池的性能。

二氧化钛的光催化性能也起到了重要的作用。

光催化性能可以通过光照激发材料内部的电子，从而促进电子传输。

在二氧化钛掺杂磷酸铁锂中，光催化性能可以提高材料的电子传输速度，增强电池的性能。

因此，二氧化钛掺杂磷酸铁锂的原理主要是通过改善材料的导电性能和光催化性能，来提高电池的性能。

总结起来，二氧化钛掺杂磷酸铁锂是一种新型的材料，通过改善磷酸铁锂的导电性能和光催化性能，提高电池的性能。

二氧化钛掺杂磷酸铁锂的原理主要是形成p-n结，加快电子传输速度，并通过光催化效应促进电子传输。

这种材料的研究和开发对于电池技术的进步具有重要意义，有望在未来的能源领域发挥重要作用。

《贵金属负载TiO2催化剂用于光催化部分氧化乙醇及乙醇-甲醇性能研究》篇一贵金属负载TiO2催化剂用于光催化部分氧化乙醇及乙醇-甲醇性能研究一、引言近年来，随着环保意识的增强和能源需求的增长，光催化技术成为了研究的热点。

在众多光催化材料中，TiO2因其稳定性好、无毒、成本低等优点，成为了研究最广泛的材料之一。

而通过贵金属负载TiO2，可有效提高其光催化性能。

本篇论文将着重研究贵金属负载TiO2催化剂在光催化部分氧化乙醇及乙醇/甲醇反应中的性能表现。

二、材料与方法2.1 催化剂制备本实验采用溶胶-凝胶法，以钛酸四丁酯为钛源，通过浸渍法将贵金属（如Au、Pt、Pd等）负载于TiO2表面，制备出贵金属负载的TiO2催化剂。

2.2 反应装置及条件采用自制的光催化反应器进行实验。

反应器中的光源为UV 光源，可通过调整光强度和光照时间来控制反应条件。

同时，采用质量流量计对反应物（乙醇和甲醇）的流速进行控制。

2.3 性能评价通过检测反应前后乙醇和甲醇的浓度变化，以及可能产生的中间产物和最终产物的含量，来评价催化剂的光催化性能。

三、结果与讨论3.1 催化剂的表征通过XRD、SEM、TEM等手段对制备的贵金属负载TiO2催化剂进行表征，结果表明贵金属成功负载于TiO2表面，且具有良好的分散性。

3.2 光催化部分氧化乙醇性能实验发现，在UV光源的照射下，贵金属负载的TiO2催化剂对乙醇的光催化部分氧化具有较好的性能。

其中，Au/TiO2和Pt/TiO2的催化效果尤为显著。

随着光照时间的延长，乙醇的转化率逐渐提高，同时产生了如乙醛、乙酸等中间产物。

这表明在光催化过程中，乙醇被部分氧化为醛、酸等物质。

3.3 乙醇/甲醇共催化性能在乙醇与甲醇共存的情况下，贵金属负载的TiO2催化剂同样表现出较好的光催化性能。

随着两种醇类物质的共存，催化剂对它们的氧化作用表现出协同效应，提高了整体的光催化效率。

同时，我们发现不同贵金属对乙醇和甲醇的催化效果有所不同，需要根据实际需求选择合适的催化剂。