光催化剂二氧化钛的掺杂改性研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文

2、

3、IIIIIIIIIIIIUIIlY2601533UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’Sdegree中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：衅签字日期：M辞、{)，广中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国

4、科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密(——年)作者签名：签字日期：兰里!生：么：』导师签名：签字日期：丝!垒：i：兰摘要近年来，为解决世界性的环境污染问题和能源危机，人们越来越多的把目光聚集到光催化N-氧化钛上。由于二氧化钛具有低毒、易合成、长期稳定、效率高和价格低廉等特点，符合工

5、业生产的必要条件，但是其只对范围很窄的紫外光具有光催化活性又限制了进一步的大规模工业应用。从2001年以来，许多学者都致力于研究如何通过金属离子和非金属离子掺杂二氧化钛来提高其光催化活性，取得了丰硕的科研成果。本文的主要内容是系统研究两种掺杂改性二氧化钛的方法——铁掺杂二氧化钛和氮掺杂二氧化钛，揭示了不同掺杂元素对于二氧化钛结构和光吸收特性的影响，获得了如下结果：1．我们利用同步辐射X射线吸收精细结构谱学(Ⅺ虹S)和紫外可见光谱研究了溶胶凝胶法制备的铁掺杂二氧化钛样品，发现掺杂的铁原子取代了锐钛矿晶格中的钛原子，进而导致了样品结构性缺陷的形成，并在能带之间出现了新的中间能级，最终导致

6、了带隙的缩小和光的吸收向可见光方向的转移。2．我们利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外可见光能谱(Uv．Vis)研究了沉淀法制备的氮掺杂二氧化钛样品，发现掺杂的氮原子以填隙掺杂的形式存在于二氧化钛的晶格中，降低了二氧化钛的相转变温度，N的2p态会和O的2p态形成混合态，直接导致带隙变窄，进而提高了二氧化钛样品的光催化活性。关键词：二氧化钛；光催化；掺杂；局域结构；同步辐射AbstractLookingatnewandoriginalsolutionstotreatenvironmentalpollutionproblemsandthecontinuousincr

7、easingdemandofenergy,intherecentyearsalotofattentionhavebeendevotedtoTi02photocatalystsduetoitsnon-toxicity,easy—synthesis，long。termstability,hi曲efficiencyandlowcost．However,itslimitedrangeofresponseintheultravioletactuallylimitslarge．scaleindustrialapplications．Since2001，manystudiesdevotedtoth

8、emetallicandnon．metalliciondopingoftitaniumdioxidetoimproveitsphotocatalyticactivity,achievedstimulatingresults．nemaincontributionsofthisthesisare"1．ForFe．dopedTi02samples，wefoundthatsubstitutionalFeatomsleadtotheformationofstructuraldefects、析ththeappearanceofnewintermediateenergylevels．Thismec

9、hanismnarrowsthebandgapandextendstheopticalabsorptionedgetowardsthevisibleregion．2．ForN．dopedTi02samples，wefoundthatdopingnitrogenatomsformaninterstitialpatterninthecrystallatticeofthetitaniumdioxide，reducingitsphasetransitiontemp