掺杂的TiO 2 纳米片.PPT

汇报人：李远兵 指导老师：杨冬 2013-09-30 Fe3+-F-共掺杂TiO2纳米片的合成及光催化性能研究 1 2 3 主要内容 TiO2纳米片合成机理 立项依据 1 1 实验方案 4 可行性分析 立项依据 TiO2纳米片合成机理 图a锐钛矿二氧化钛单晶取向示意图 图b 锐钛矿二氧化钛单晶成核生长示意图 b 用荧光分光光谱仪分析，表明光催化过程中，氧化反应主要发生在{001}晶面，还原反应发生在{101}晶面。 0.90 J/m2 for {001} 0.44 J/m2 for {101} TiO2纳米片合成机理 如何才能得到大的单晶纳米片？ 一、降低晶面的表面能。 H–H（436.0 kJ /mol）和 O–O （498.4 kJ/mol）。 F–F（158.08/kJ mol）和 F–Ti （569.0kJ/mol）。 Eads=4.4ev for F– {001} Eads=2.8ev for F – {101} 二、晶面稳定机制。 根据密度泛函理论，解理面上的不饱和的O和Ti1都向外移动，当形成Ti–F键后，由于O–O/F–O 斥力和Ti–O/Ti–F引力，使得Ti向外移动，O1朝里移动，新的平衡使O和Ti都稳定在表面。 TiO2纳米片合成机理 水热法合成TiO2纳米片进展 作者 期刊 原料 合成结果 效果 Hua Gui Yang NATURE TiF4+HF 首次制备出 TiO2 单晶。{001}晶面的比例高达47%。 Hua Gui Yang JACS TiF4+HF+异丙醇 加入异丙醇后合成出的锐钛矿单晶{001}晶面的比例高达64%，其比表面积为1.6 m2 /g。 其光催化活性是P25的5倍 Xiguang Han JACS TBOT+HF 长方体锐钛矿纳米片的{001}晶面的比例高达89%。 循环7次仍保持较好的活性 CiZhang Wen ChemComm TiF4+HF+正丁醇 合成出的锐钛矿纳米片的{001}晶面的比例高达98.3% 光解水产氢速率比第一个要高三倍 Xiong Wen Lou Electrochemistry Comm TTIP+HF 合成出的锐钛矿纳米片的{001}晶面的比例高达62% 应用在锂电池中，其存储能力很好 Gang Liu ChemComm Ti(SO4)2+HF 合成出的锐钛矿纳米片的{001}晶面的比例高达18% 产生·OH和光解水效果很好 Min Liu ChemComm Ti +HF+H2O2 首次合成出具有比{001}晶面表面能更高的{110}晶面的锐钛矿单晶。 未能对{110}晶面做出解释 Jiaguo Yu CrystEngComm Ti(SO4)2+NH4HF2 调节F与Ti的比例，可以得到不同尺寸，形貌的TiO2 元素掺杂 一、原理 （1）非金属元素掺杂：与O2p轨道相比，非金属元素（N、C、S、B等）具有能量相对较高的p轨道，取代O可提高光催化剂的价带电位，或者形成混合能级，从而减小TiO2的禁带宽度。 （2）金属元素掺杂：在二氧化钛晶格中引入金属离子可能造成原子缺陷和电荷缺陷。这些缺陷可以成为捕捉电子或空穴的陷阱从而促进两者的分离，也可能成为电子一空穴的复合中心而加快其复合。所以，一般来讲，金属离子掺杂都具有一个最佳浓度。 克服了非金属元素掺杂可能造成的氧化不彻底，体系局域电荷平衡和整体电中性避免非金属的单独掺杂可能引入的氧空位。 金属-非金属共掺杂 克服了金属离子单独掺杂的热不稳定性，避免了金属离子成为光生电子和空穴的复合中心。 非金属-金属共掺杂优点 实验方案 Fe3+离子掺杂 F-离子掺杂 水热法合成F-掺杂的TiO2 纳米片TTIP+HF+H2O 水热法合成Fe3+掺杂的TiO2纳米片TTIP+HF+HCl+Fe2O3 一锅水热法合成F-—Fe3+共掺杂TiO2纳米片。 TTIP+HF+HCl+Fe2O3 F--Fe3+离子共掺杂 1，水热法合成Fe3+掺杂的TiO2纳米片。 TTIP+HF+HCl+Fe2O3 HCl+HF的混合溶剂在晶体生长中可以起到形貌控制剂的作用，但HCl对纳米片的形貌影响不大，Fe2O3在TTIP溶解度很低，且HCl可以与Fe2O3反应。 参考文献（1） J. Mater. Chem., 2012, 22, 17700–17708 （2） CrystEngComm, 2013, 15, 3252–3255 2，水热法合成F-掺杂的TiO2 纳米片。TTIP+HF+H2O 控制反应物质的量，反应中间产物可以得到TiOF