摻銀二氧化鈦光催化降解甲醛及其密度泛函研究.pdf

1、穩(wěn)定、廉價、高性能的半導(dǎo)體光催化劑是光催化技術(shù)的基礎(chǔ)，在眾多的半導(dǎo)體光催化劑中，銳鈦礦型TiO2以其優(yōu)異的性能成為半導(dǎo)體光催化劑的代表。但是，TiO2存在對太陽光的利用率低，只對紫外光有響應(yīng)，并且光量子產(chǎn)率低，光生載流子復(fù)合率較高等缺點。對TiO2進(jìn)行離子摻雜能明顯增強(qiáng)在可見光區(qū)域的光學(xué)吸收，可以極大地提高光催化活性。價格低廉的銀離子本身具有殺菌作用，是一種比較有工業(yè)前景的摻雜材料。摻雜銀的TiO2光催化材料在空氣凈化，特別是在降解甲醛

2、方面取得良好的效果。本論文研究了摻銀對TiO2在降解甲醛方面的影響，采用密度泛函理論研究了摻銀對TiO2體相與TiO2（101）面的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響，并且探討了甲醛分子在摻銀TiO2（101）表面吸附的情況。
　　 采用溶膠-凝膠法制備了摻雜銀的TiO2納米顆粒，對甲醛氣體進(jìn)行降解，得出實驗的最佳摻銀濃度為1×10-6at％Ag-TiO2。XRD測試結(jié)果表明Ag+離子摻雜進(jìn)入TiO2納米粒子品格能改變TiO2的品格結(jié)構(gòu)，并且在

3、相變過程中阻止金紅石相的生成，銳鈦礦相的含量相對得到增加。正電子湮沒表明Ag+離子摻雜能促進(jìn)TiO2半導(dǎo)體由n型向p型轉(zhuǎn)變。而Ag+離子摻雜的TiO2納米材料的吸收帶邊紅移，通過計算未摻雜的TiO2的波長為396 nm，摻雜濃度為1×10-6at％Ag-TiO2所對應(yīng)的波長為427 nm，證明光催化活性得到提高。
　　 利用基于密度泛函理論的CASTEP模塊計算了銳鈦礦型TiO2體相摻銀后電子結(jié)構(gòu)及相關(guān)性質(zhì)的改變情況，研究結(jié)果表

4、明摻銀后TiO2的禁帶下移，Ti3d軌道構(gòu)成的價帶與Ag4d軌道之間出現(xiàn)明顯的雜化，在禁帶中形成雜質(zhì)峰，電子能夠在較小的能量激發(fā)下就能發(fā)生躍遷，促進(jìn)了電子和空穴的分離，增加了載流子的數(shù)量，使得T1O2吸收帶邊紅移。同一濃度下，Ag+離子的摻雜效果比Cu2+離子的摻雜效果要好，本實驗的最佳摻銀濃度為C=2.08at％。Ag+離子對TiO2體相進(jìn)行替位摻雜一般是光吸收帶邊在400 nm附近出現(xiàn)紅移。
　　 采用基于密度泛函理論的Dm

5、ol3模塊研究了摻銀對TiO2（101）表面的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)的影響以及甲醛分子在摻銀TiO2（101）表面吸附的情況，得到銀在TiO2（101）表面層摻雜所得的模型最為穩(wěn)定。摻銀之后的TiO2（101）面禁帶中間出現(xiàn)了明顯的由銀4d軌道構(gòu)成的雜質(zhì)能級，該能級的出現(xiàn)導(dǎo)致吸收光譜向長波方向移動。Mulliken電荷布居分析結(jié)果表明，摻銀使TiO2（101）上帶正電荷，使其對帶負(fù)電的有機(jī)基團(tuán)的吸附能力增強(qiáng)。對甲醛分子在表面吸附的研究可知甲醛分子