軟化學法構築低維氧化鈦基異質晶體與晶相結構調控

項目摘要

不同晶相氧化鈦晶體構築的二元或多元異質結構通常具有多功能的物理化學性質，使其在納米器件與催化領域的套用價值遠遠超越單一型材料。本項目針對傳統高溫製備方法的固有缺陷，擬研究並發展一種低維氧化鈦基異質晶體的軟化學控制生長新方法，另闢晶相與結構轉變的蹊徑。通過調控晶體成核與生長的外部環境，導向晶體基本結構單元的排列、重組及晶面的選擇性生長，實現簡單體系溫和條件下的晶相選擇、維數調控與結構轉變。在此基礎上，研究軟化學生長環境誘導的晶相轉變(A→R)與反轉變(R→A)過程結構單元的分解與重排，提出不同於傳統高溫高壓反應的新的轉變機制，形成一套較完善的軟化學製備體系；並將所製備材料與表面修飾的微觀形貌、光致催化反應的電子轉移聯繫，總結晶體組成、結構與性質之間的關係規律，分析這類複合結構在性質改善方面的潛在優勢與獨特作用，為這類晶相調控、複合結構調控的半導體材料的合成與套用提供基礎理論和方法上的支持。

結題摘要

不同晶相氧化鈦晶體構築的二元或多元異質結構具有多功能的物理化學性質，使其在納米器件與催化領域的套用價值遠遠超越單一型材料。通常300℃以上才能得到銳鈦礦(A)晶型，至500℃才逐漸向金紅石(R)相轉變，故溫和條件下實現晶相與形貌控制是對傳統製備方法的挑戰。本項目通過調控晶體成核與生長的外部環境，分別製備出一系列不同晶相組成與形貌的氧化鈦晶體；更重要的是，首次實現R→A反轉變，改變了長期以來都認為R比A相穩定的傳統觀念，晶相反轉過程克服了A→R轉變過快的普遍問題，從而更有利於晶相比例的精確調節。研究軟化學生長環境誘導的晶相轉變與反轉變過程中結構單元的分解與重排，提出不同於傳統高溫高壓反應的新的轉變機制，形成了一套較完善的方法學。純氧化鈦納米材料用於光催化領域具有兩個顯著缺點：量子效率低和光吸收範圍窄，本項目通過對軟化學製備體系的擴展，製備了幾種氧化鈦基複合光催化材料。(1)實現了與儲能材料三氧化鎢的有效複合，首次發現可見光激發可以加速儲存能量的釋放，提高了儲存能量的利用率與太陽能儲存—釋放—儲存循環效率。(2)以纖維狀聚苯胺為模板劑和可見光敏化劑，原位生長氧化鈦納米粒子，製備了一種新穎複合方式的聚苯胺/氧化鈦複合材料。(3)選取四種代表性樣品為基底製備負載型金/氧化鈦，發現材料組成形貌對表面修飾金的穩定性與電子轉移效率有顯著影響，最終造成光催化活性變化的顯著差異。(4)在晶相調控過程同步引入低溫氮化，可以同時實現晶相轉變和氮的取代摻雜，對晶格摻雜克服鈦-氧鍵能所必需的苛刻條件提出了新的思路。對氧化鈦晶面工程的理論和實踐研究表明，A相{001}面是高能晶面，光催化反應活性遠高於{101}面。我們以軟化學體系製備的重要中間體—層狀質子化鈦酸鹽作為一種新型前驅體，製備了小尺寸、高比表面的A相氧化鈦{001}面納米晶。引入石墨類材料對含{001}晶面的氧化鈦進行修飾，從提高光生載流子分離效率或拓寬光吸收範圍的層面，進一步改善氧化鈦的光催化效率。石墨烯複合後，紫外光活性提高至1.9倍，可見光活性微弱；石墨相氮化碳複合後，紫外光活性提高至1.7倍，可見光活性提高至4.5倍。結合電子順磁共振與自由基、空穴捕獲技術，建立了一套較完善的紫外光空穴主導與可見光自由基主導的增強作用機理。本項目的研究可為這類晶相晶面調控、複合結構調控的半導體材料的合成與套用提供方法和基礎理論上

軟化學法構築低維氧化鈦基異質晶體與晶相結構調控

基本介紹

項目摘要

結題摘要

相關詞條

熱門詞條