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关于TiO_2的结构与性能研究

作　者: 谢洛
导　师: 唐超群
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 二氧化钛薄膜溶胶凝胶法纳米二氧化钛粉电荷传输
分类号: TB383.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

二氧化钛（TiO₂）由于具有优异的化学性能,且稳定性好,无毒和成本低等特点得到了人们的深入研究。TiO₂半导体光催化的研究应用和开发日益受到重视,并已取得了许多突破。但其禁带（3.2eV）较宽,可见光响应差,只有波长小于380 nm的紫外光才能使其激发产生光生电子-空穴对,因而其太阳能利用率低（约3～5%）。近年来,研究者们尝试采用了各种方法对TiO₂进行修饰改性,提高其可见光利用效率。经过长期研究发现,对TiO₂进行掺杂是一种有效可行的提高可见光利用率的方法。本论文共分为五章:第一章是绪论,简述了二氧化钛的物理性质和化学性质;第二章讲述了二氧化钛薄膜的制备和国内外相关二氧化钛薄膜研究;第三章叙述了部分掺杂锐钛矿相TiO₂理论计算,并结合实验进行分析;第四章论述了二氧化钛薄膜的电荷传输特性;第五章为结论。本实验利用溶胶—凝胶法制备纳米二氧化钛,用钛酸丁酯、乙醇、硝酸、三乙醇胺、氨水、五氧化二钒、蒸馏水、三乙胺等溶剂制成了多种掺杂的二氧化钛薄膜和二氧化钛粉体,用X射线衍射仪（XRD）、紫外-可见分光光度计、金相显微镜、椭圆偏振测厚仪、100W的聚光灯作为光源和Keithley2400组建一个测试平台,并用多种方法对制得的薄膜进行表征和进行光催化活性测试。采用Sol-gel法所制备得的TiO₂粉在热处理时先生成锐钛矿型的TiO₂,随着温度的升高结晶度增强,在近500oC就开始出现锐钛矿向金红石相转变,到700℃就基本上完成了锐钛矿向金红石相转变。我们发现氮掺杂样品和钒掺杂样品都能增强TiO₂在可见光区的吸收效果,并且都会出现红移,与理论计算比较相符。掺杂二氧化钛形成的PN结在光照下有光电效应的产生,形成的PN结的正向电阻比单掺杂的电阻要小。染料的敏化时间在30分钟,温度为45℃,浓度达到0.60 g/L时,电池能得到理想的开路电压和短路电流值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 TiO_2 晶体的结构  10
  1.2 TiO_2 的物理特性  10-11
  1.3 二氧化钛的性能  11-14
  1.4 二氧化钛的应用现状和前景  14-16
  1.5 课题的提出  16-17
2 溶胶-凝胶法制备纳米Ti  17-26
  2.1 几种常用的TiO_2 基薄膜的制备技术  17-18
  2.2 Sol 一gel 法基本原理  18
  2.3 纳米TiO_2 粉末的溶胶-凝胶法制备  18-21
  2.4 纳米TiO_2 薄膜的溶胶-凝胶法制备  21-23
  2.5 国内外的相关研究  23-26
3 掺杂锐钛矿相TiO_2 的理论和实验分析  26-35
  3.1 TiO_2 电子结构及性质的计算研究  26-28
  3.2 掺杂氮的TiO_2 薄膜测试的结果分析  28-32
  3.3 掺钒的紫外可见光光谱结果分析  32-35
4 TiO_2 薄膜的电荷传输特性  35-49
  4.1 PN 结  35-38
  4.2 掺杂形成PN 结的TiO_2 薄膜的制法  38-40
  4.3 掺杂氮钒形成PN 结的紫外可见光光谱结果分析  40-41
  4.4 制的PN 结的TiO_2 薄膜电阻值及伏安曲线分析  41-45
  4.5 Sol_gel 法纳米TiO_2 薄膜制备及染料敏化性能研究  45-49
5 结论  49-50
致谢  50-51
参考文献  51-56

关于TiO_2的结构与性能研究

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