氧化物半導體的結構調控與光催化研究.pdf

1、當今社會經濟得到突飛猛進的發展，可是經濟發展的同時卻給環境帶來了沉重的負擔。因此人們也正在用一些技術手段來治理污染。1972年人們首次發現TiO2半導體電極可以將水分解，從此以后光催化技術開始成為科學界研究的一大內容。光催化技術是通過催化劑利用太陽光的光照使有機物分解為無毒無害的二氧化碳和水的一種技術。所以催化劑至關重要，目前最常用的光催化劑為TiO2、ZnO以及金屬鈦酸鹽等。但是這些氧化物半導體的禁帶寬度較大，一般都在3eV以上，一般

2、只能吸收太陽光中的紫外光，而太陽光中占絕大部分的可見光無法被利用。為了充分利用太陽光能源，人們探索各種方法來減小這些光催化劑的帶隙寬度，使其對可見光有更好的吸收。從而增強了光催化活性。
　　通過調節半導體材料的電子結構來調控半導體的能帶進而擴展其光響應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，還有半導體復合、貴金屬沉積和表面光敏化等方法也能夠拓寬其光響應范圍。本論文主要以TiO2和FeTiO3為研究對象，通過采用元

3、素摻雜和形成固溶體兩種方法分別改變TiO2和FeTiO3的結構來擴展其光響應范圍。本論文主要從以下幾個方面進行了研究:
　　(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XRD分析得到Se元素進入TiO2結構中。用XPS分析了Se-TiO2樣品中各個元素的價態，確定了Se的價態主要為+4價，并且Se4+取代了TiO2晶格中的Ti4+。通過UV-DRS測得Se-TiO2對可見光的吸收情況較未摻雜的要好，

4、通過可見光下對RhB的降解實驗得出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Se摻雜，帶隙最小減小到了2.17eV。實驗得出當Se的實際摻雜濃度為13.63at.％時，樣品表現出最好的光催化性能，這主要是因為帶隙已經縮減到2.58eV，進入可見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合。
　　(2)摸索了純相FeTiO3的制

5、備工藝，通過水熱法成功制備得到純相的FeTiO3，進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做了光催化實驗，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％時為最強，而0.6FeTiO3-0.4F