二氧化钛的绿色合成,缺陷调控及光催化性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)


半导体光催化剂在近年来已经受到了广泛关注,这是由于其在可再生能源科技领域以及环境保护与修复领域存在巨大的潜在进步空间。对太阳能的高效收集和对电荷载流子的重组的抑制是光催化的两个关键方面。异质结构光催化剂的形成是提高光催化活性的一个很有希望的策略, 这也使其光催化活性优于单组分光催化剂。

缺陷对于金属氧化物在化学和物理上的应用至关重要。与通常研究的氧空位相比,n型非掺杂金属氧化物中的工程金属空位仍然是一个巨大的挑战,而金属空位对其物理化学性质的影响则鲜有报道。在此,我们使用最重要且被广泛研究的半导体锐钛矿TiO2,证明金属空位(VTi)可以很容易地引入未掺杂氧化物中,并且VTi的存在导致许多新的物理化学性质。以钛酸四丁酯为原料,在乙醇-甘油混合溶剂中溶剂热处理,然后进行热煅烧,合成了锐钛矿。

金属氧化物的物理化学性质在很大程度上取决于内在缺陷和外在杂质的浓度,并且已经证明,纯化学计量比的金属氧化物在催化中是无活性的。缺陷工程对于调节氧化物的电子结构、电荷输运和催化性能等功能特性非常重要。特别对于半导体,密度泛函理论(DFT)计算预测氧空位(VO)和金属间隙都是提供n型电导的浅施主,而金属空位(VM)是提供p型电导的浅受主。在过去的几十年中,VO相关种类被当做VO工程的重要研究内容,VO工程技术也得到了广泛的研究,但文献中只有很少的对于VM控制的报道。虽然已经有了一些理论计算来研究VM在金属氧化物中的作用,但是由于很难以稳定且可靠的方式设计和操纵金属缺陷,所以实验结果还是非常稀少。

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