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铋掺杂纳米NaTaO_3的结构和电子特性研究

作　者: 白红亮
导　师: 王晓晶
学　校: 内蒙古大学
专　业: 物理化学
关键词: 纳米NaTaO3 铋掺杂结构特性电子特性
分类号: O614.513
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

氢能作为无污染的生态清洁能源,一直倍受各国科技工作者的关注。半导体光催化制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段,利用太阳能光解水制氢,则是一种“阳光经济”的理想方案。为了降低能耗,研究和开发高催化制氢活性半导体具有重要的理论意义和实用价值。NaTaO₃体系具有ABO₃的钙钛矿结构,在紫外光照射下产生氢及氧,是良好的光催化剂材料,因而已成为近年来国际上热点研究领域之一。纵观目前NaTaO₃光催化研究,绝大多数的研究重点放在光催化剂改性,提高其使用性能和光利用效率上,导致重复性研究十分严重,而对其影响机制的研究也是猜想多于证据,对光催化剂性能起决定作用的结构和电子特性研究显得尤为不足。为此,本文围绕铋掺杂纳米NaTaO₃的结构特性、光学特性、光催化和理论研究四个方面进行了深入的研究。获得了以下重要结论:1、采用X-射线粉末衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）及高分辨透射电镜（HRTEM）对铋掺杂纳米NaTaO₃进行了表征。实验结果表明,铋掺杂使NaTaO₃的XRD（110）与（112）衍射峰向2θ小角度方向移动并出现宽化现象,导致NaTaO₃发生晶格畸变,并对NaTaO₃晶粒长大有抑制作用。基于XRD与HRTEM分析和理论模型的结构优化结果认为,铋掺杂离子在NaTaO₃基体中存在如下两种形式:取代Ta⁵⁺离子进入NaTaO₃晶格之中和以氧化物形式局部集聚在NaTaO₃晶格内。2、采用UV-VIS和PL对铋掺杂纳米NaTaO₃测定了其光学性质。实验结果表明,铋掺杂纳米NaTaO₃的UV-VIS吸收边发生了红移,带隙变小,并且随着Bi掺杂浓度的增加能隙逐渐变小。Bi掺杂在荧光光谱中没有引起新的发射峰,但影响钽酸钠的发光强度。3、对NaTaO₃和不同浓度Bi掺杂NaTaO₃进行光降解实验,我们发现制备的纳米NaTaO₃具有很高的光催化活性,同时随着Bi掺杂浓度的增加,NaTaO₃的光催化活性受到影响。4、采用基于第一性原理的量化软件计算了铋掺杂纳米NaTaO₃的电子结构。计算结果表明,铋的掺入使晶体的能带结构、态密度和电子性质都发生了变化。比较铋掺杂和纯NaTaO₃晶体,发现导带下移,带隙变窄。同时,随着掺杂浓度的增加,带隙越小。

铋掺杂纳米NaTaO_3的结构和电子特性研究

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