《S與不同離子共摻雜銳鈦礦相TiO2的理論及性能研究》是柳清菊為項目負責人，雲南大學為依託單位的地區科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：S與不同離子共摻雜銳鈦礦相TiO2的理論及性能研究
- 項目類別：地區科學基金項目
- 依託單位：雲南大學
- 項目負責人：柳清菊
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
TiO2光催化劑因具有活性高、穩定無毒等優點而得到重點研究，在污染治理、光解水制氫等領域極具套用潛力，但目前因存在只能回響紫外光和量子轉換效率低兩個瓶頸難題而限制了其廣泛套用。本項目擬採用第一性原理，系統研究S分別與不同離子共摻雜引起銳鈦礦相TiO2晶體結構、能帶結構和光譜特性變化的微觀機制，以及摻雜原子能級與TiO2能級間相互作用的規律，揭示光激發、光生載流子輸運與微觀結構及摻雜元素之間的相互關係，分析摻雜影響氧化還原能力的機制，建立相應的理論模型，以獲得高效可見光回響型TiO2光催化劑的改性機理；在此基礎上優選出3～4 種S與不同離子共摻TiO2的組成，研究其合成工藝，並分析樣品的性能及影響光催化活性的微觀機理。.本項目的研究方法可有效克服光催化領域研究中普遍存在的盲目性和重複性問題，預期成果將揭示S與不同離子共摻雜影響TiO2光催化性能的本質，為其改性及製備提供理論指導。
結題摘要
TiO2光催化劑因具有活性高、穩定無毒等優點而得到重點研究，在污染治理、光解水制氫等領域極具套用潛力，但目前因存在只能回響紫外光和量子轉換效率低兩個瓶頸難題而限制了其廣泛套用。本項目採用第一性原理，從理論上系統研究了S分別與過渡族金屬離子、稀土金屬離子、非金屬離子等共摻雜對銳鈦礦相TiO2的晶體結構、電子結構、光譜吸收特性、光催化性能等的影響規律及作用機理，闡明了光激發、光生載流子輸運與晶體結構、能帶結構及摻雜元素之間的相互關係，確定出S與不同離子共摻雜高效可見光回響型TiO2光催化劑的設計原則，依據此原則及理論研究結果篩選出Fe、Y、B、Ag、La、Ce、Fe、Co、Zn等金屬離子分別與S共摻雜，採用微波化學法和溶膠-凝膠法相結合，通過改變不同的條件，製備出了S分別與上述離子共摻雜銳鈦礦相TiO2納米粉體樣品，並對粉體的組成、結構、表面性質、光生載流子的複合情況、光學性質、光催化性能等進行了系統研究，獲得了最佳化的製備工藝技術，研究結果表明：所選擇的共摻雜離子及採用的製備工藝技術能有效促進TiO2光生電子和空穴的分離，使所製備樣品均具有良好的可見光吸收性能，樣品的光催化效率與德國Degussa公司生產的P25光催化劑相比得到大幅提高。同時本項目還開展了C與不同離子共摻雜對銳鈦礦相TiO2的微觀結構及物理、光催化性能影響的初步理論和實驗研究。已在國內外期刊及學術會議上發表相關研究論文18篇，其中期刊論文15篇（含SCI收錄5篇、EI收錄9篇），會議論文3篇，申請中國發明專利2項。培養青年教師1名，研究生7名，完成了預期的研究任務及研究目標。本項目研究成果將為S與不同離子共摻雜改性TiO2的機理及實驗研究提供科學依據，可有效克服目前該領域研究中普遍存在的盲目性和重複性問題。
