氧化物半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)調(diào)控與光催化研究.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)卻給環(huán)境帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)。因此人們也正在用一些技術(shù)手段來(lái)治理污染。1972年人們首次發(fā)現(xiàn)TiO2半導(dǎo)體電極可以將水分解，從此以后光催化技術(shù)開(kāi)始成為科學(xué)界研究的一大內(nèi)容。光催化技術(shù)是通過(guò)催化劑利用太陽(yáng)光的光照使有機(jī)物分解為無(wú)毒無(wú)害的二氧化碳和水的一種技術(shù)。所以催化劑至關(guān)重要，目前最常用的光催化劑為T(mén)iO2、ZnO以及金屬鈦酸鹽等。但是這些氧化物半導(dǎo)體的禁帶寬度較大，一般都在3eV以上，一般

2、只能吸收太陽(yáng)光中的紫外光，而太陽(yáng)光中占絕大部分的可見(jiàn)光無(wú)法被利用。為了充分利用太陽(yáng)光能源，人們探索各種方法來(lái)減小這些光催化劑的帶隙寬度，使其對(duì)可見(jiàn)光有更好的吸收。從而增強(qiáng)了光催化活性。
　　通過(guò)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體材料的電子結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控半導(dǎo)體的能帶進(jìn)而擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍是很有效的一種手段。主要方法是離子摻雜、形成固溶體等，還有半導(dǎo)體復(fù)合、貴金屬沉積和表面光敏化等方法也能夠拓寬其光響應(yīng)范圍。本論文主要以TiO2和FeTiO3為研究對(duì)象，通過(guò)采用元

3、素?fù)诫s和形成固溶體兩種方法分別改變TiO2和FeTiO3的結(jié)構(gòu)來(lái)擴(kuò)展其光響應(yīng)范圍。本論文主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究:
　　(1)選用Se元素作為摻雜元素，采用溶膠-凝膠法將Se摻入了TiO2中。通過(guò)XRD分析得到Se元素進(jìn)入TiO2結(jié)構(gòu)中。用XPS分析了Se-TiO2樣品中各個(gè)元素的價(jià)態(tài)，確定了Se的價(jià)態(tài)主要為+4價(jià)，并且Se4+取代了TiO2晶格中的Ti4+。通過(guò)UV-DRS測(cè)得Se-TiO2對(duì)可見(jiàn)光的吸收情況較未摻雜的要好，

4、通過(guò)可見(jiàn)光下對(duì)RhB的降解實(shí)驗(yàn)得出Se-TiO2的光催化性能的確較未摻雜的TiO2的光催化活性高。為進(jìn)一步研究Se摻雜濃度的最佳值，做了不同Se摻雜比例的Se-TiO2，通過(guò)Se摻雜，帶隙最小減小到了2.17eV。實(shí)驗(yàn)得出當(dāng)Se的實(shí)際摻雜濃度為13.63at.％時(shí)，樣品表現(xiàn)出最好的光催化性能，這主要是因?yàn)閹兑呀?jīng)縮減到2.58eV，進(jìn)入可見(jiàn)光波段以及最佳的缺陷濃度有效的壓制了電子和空穴的復(fù)合。
　　(2)摸索了純相FeTiO3的制

5、備工藝，通過(guò)水熱法成功制備得到純相的FeTiO3，進(jìn)一步利用水熱法制備得到FeTiO3-Fe2O3固溶體。為研究FeTiO3與Fe2O3的光催化和磁性效果最好的比例，制備了xFeTiO3-(1-x)Fe2O3(x=0，0.2，0.4，0.6，0.7，0.8，0.9，1)系列樣品，利用RhB做了光催化實(shí)驗(yàn)，得到0.6FeTiO3-0.4Fe2O3的光催化效果最好，磁性研究表明在FeTiO3含量90％時(shí)為最強(qiáng)，而0.6FeTiO3-0.4F