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纯TiO_2及掺杂TiO_2纳米颗粒的表面光电性能研究

作　者: 徐海刚
导　师: 张伟风
学　校: 河南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: TiO2 纳米颗粒 掺杂 表面光电压(SPS) 溶胶-凝胶
分类号: O472.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


TiO2作为一种宽带隙半导体材料,由于具有显著的光电效应、良好的化学稳定性和绿色环保性,在太阳能转换、光催化杀菌及环境污染处理等方面具有广泛的用途。但TiO2纳米材料由于量子效率低及光谱响应范围窄的缺点,使其活性仍不能满足实际的需要。因此对TiO2纳米材料开展改性研究对于提高其光催化性能及拓展其应用领域具有很重要的实际意义。目前国内外许多研究者对于如何改善纳米TiO2的光吸收和光生载流子的分离效率,以提高其活性做了大量的研究工作,其中离子掺杂是人们常用的改性手段之一。一般来说,表面光生载流子的迁移、捕获、复合之间的相互竞争决定了TiO2的光催化量子产率。而表面光电压谱是研究半导体纳米材料表面态分布、光电性能和表面、界面光生载流子转移行为的一种有效手段,可以揭示半导体纳米材料表面结构特性和表面态以及光生载流子复合与分离等信息;可以为评估高性能半导体光催化性能提供有力的依据。但目前人们利用表面光电压谱来研究离子掺杂前后TiO2纳米材料表面光电性能变化的并不多。因此,本论文采用溶胶-凝胶法制备了掺杂的TiO2纳米颗粒,并主要利用表面光电压谱这一有效手段详细研究了掺杂对TiO2纳米颗粒表面光电性能的影响。并取得了一些有意义的结果。主要内容如下:1.利用溶胶-凝胶法,分别以硝酸和盐酸为抑制剂制备了纯TiO2纳米颗粒,利用XRD、XPS、SPS（表面光电压谱）等测试手段对样品进行表征。主要研究了抑制剂的不同对TiO2表面光电性能的影响。结果表明:以HCl为抑制剂促进了TiO2纳米颗粒锐钛矿相向金红石相的相转化,并且HCl为抑制剂制备的纯TiO2纳米颗粒表面光电压强度明显强于HNO3为抑制剂制备的纯TiO2纳米颗粒。2.利用溶胶-凝胶法制备了掺锡量1mol%、3mol%、5mol%的TiO2纳米颗粒,主要利用XRD、SPS（表面光电压谱）等测试手段对样品进行表征。主要研究了锡离子掺杂对TiO2纳米颗粒表面光电性能的影响。结果表明:锡离子掺杂促进了TiO2纳米颗粒锐钛矿相向金红石相的相转化,并且锡离子显著提高了TiO2纳米颗粒表面光电压,3mol%为最佳掺杂浓度。3.利用溶胶-凝胶法制备了1mol%、3mol%、5mol%Ag掺杂的TiO2纳米颗粒,主要利用XRD、SPS（表面光电压谱）等测试手段对样品进行表征。主要研究了Ag掺杂对TiO2纳米颗粒表面光电性能的影响。结果表明:Ag掺杂促进了TiO2纳米颗粒锐钛矿相向金红石相的相转化, 600℃、700℃退火温度下3mol%Ag掺杂提高了TiO2纳米颗粒表面光电压。4.利用溶胶-凝胶法制备了掺Li量0.5mol%、1mol%、2mol%、5mol%的TiO2纳米颗粒,主要利用XRD、SPS（表面光电压谱）等测试手段对样品进行表征。主要研究了Li+掺杂对TiO2纳米颗粒表面光电性能的影响。结果表明:Li+掺杂显著提高了TiO2纳米颗粒表面光电压,2mol%为最佳掺杂浓度。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章 绪论  10-24
  1.1 前言  10-11
  1.2 TIO_2材料的基本结构  11-13
  1.3 纳米TIO_2掺杂研究进展  13-16
  1.4 纳米TIO_2掺杂制备方法  16-17
  1.5 本论文研究的意义及思路  17-19
  1.6 本论文的主要工作  19-20
  参考文献  20-24
第2章 表面光电压谱技术  24-35
  2.1 表面光电压谱技术的发展历程  24-25
  2.2 表面光电压谱仪构造原理图  25-26
  2.3 表面光电压谱的产生机理  26-31
  2.4 表面光电压谱的测量原理  31
  2.5 表面光电压谱测试技术的应用及完善  31-35
第3章 纯TIO_2纳米颗粒制备及表面光电性能研究  35-52
  3.1 概述  35-36
  3.2 实验  36-37
    3.2.1 试剂与仪器  36
    3.2.2 TiO_2纳米颗粒的制备  36-37
  3.3 结果与讨论  37-47
    3.3.1 TiO_2纳米颗粒的形貌与结构分析  37-42
    3.3.2 TiO_2纳米颗粒的紫外可见吸收光谱分析  42-43
    3.3.3 TiO_2纳米颗粒的XPS 分析  43-44
    3.3.4 TiO_2纳米颗粒的表面光电压谱分析  44-47
  3.4 本章 小结  47-49
  参考文献  49-52
第4章 掺杂T102纳米颗粒表面光电性能研究  52-80
  4.1 概述  52
  4.2 锡离子掺杂TIO_2纳米颗粒  52-62
    4.2.1 实验  52-53
    4.2.2 结果与讨论  53-61
    4.2.3 小结  61-62
  4.3 AG 掺杂TIO_2纳米颗粒  62-69
    4.3.1 实验  62
    4.3.2 结果与讨论  62-68
    4.3.3 小结  68-69
  4.4 LI~＋掺杂T102纳米颗粒  69-80
    4.4.1 实验  69
    4.4.2 结果与讨论  69-77
    4.4.3 小结  77-80
第5章 工作总结  80-82
攻读硕士学位期间发表和递交的论文  82-83
致谢  83

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中图分类: > 数理科学和化学 > 物理学 > 半导体物理学 > 半导体性质 > 光学性质
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