过渡金属掺杂TiO2性质对小分子气体光学气敏传感特性的影响

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1、硕士学位论文Ｔ、迚波全属掺杂ｉ〇２牲质对ｄ分子气体光学气故传威特性的彩嘀周康指导教师：冯庆教授专业名称：凝聚态物理研究方向：特种功能材料二〇一八年三月重庆师范大学硕士学位论文过渡金属掺杂TiO2性质对小分子气体光学气敏传感特性的影响硕士研究生：周康指导教师：冯庆教授学科专业：凝聚态物理所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学二O一八年三月AThesisSubmittedtoChongqingNormalUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMaste

2、rInfluenceofTiO2DopedTransitionMetalsPropertiesonSmallMoleculeGasOpticalSensingCharacteristicsMaster:ZhouKangDissertationSupervisor:Prof.FengQingSpecializedSubject:CondensedMatterPhysicsCollege:CollegeofPhysicsandElectronicEngineeringChongqingNormalUniversityMarch,2018独创性声明本人声明所呈交的学

3、位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研宄成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明。学位论文作者签名：签字曰期：：２年月曰丨＾Ｊｔ（３学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本人授权電庆师范大学可以．，允许论文被查阅和借阅将学位论文的全部或部

4、分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学位论文作者签名：签字曰期：＞丨年月曰Ｉ每Ｉ艺６３重庆师范大学硕士学位论文中文摘要过渡金属掺杂TiO2性质对小分子气体光学气敏传感特性的影响摘要如今环境污染日益严重，这一问题引起了全球的密切关注。如何有效而灵敏的监控环境气体污染是当前研究的热点问题。TiO2是一种稳定的金属氧化物半导体，价格低廉、无毒无污染。同时，TiO2能够耐高温，且不易发生化学反应，在环境监测、工业、医学、食品等方面也应用颇多。光学气敏传感效应是通过材料吸附气体后的光学性质变化来反映环境气体的浓

5、度达到监控环境的目的。TiO2灵敏度高，响应时间短，是一种光学气敏传感材料。目前来说，改善TiO2金属氧化物表面氧空位结构以及对TiO2金属氧化物进行有效掺杂是一种提高材料光学气敏传感特性的有效途径，从而可以将其运用在治理环境污染的探测和监控中。本文的研究思路如下：首先通过还原性气体在不同金属氧化物表面的吸附作用分析氧化物表面的氧化性能，发现SnO2和TiO2表面氧空位都体现出一定的氧化性，但是TiO2通过杂质掺入能明显降低表面的氧化性，提升表面还原性，从而显著提高对氧化性气体的传感效应，因此通过杂质掺杂是改善TiO2对氧化性气体传感特性的有效方法，而Cu、Cr、

6、Fe和Co掺杂TiO2相比不掺杂时效果更好。具体研究内容和过程如下：1.模拟计算了光学气敏材料锐钛矿型二氧化钛，金红石型氧化锡，岩盐型氧化镁表面吸附CO的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。计算结果表明：氧空位氧化能力的大小是光学性质改变的核心原因，表面吸附CO分子后，TiO2，SnO2和MgO氧空位表面较不含氧空位的表面分子吸附能均变大，分子与表面的吸附距离均缩短；通过差分电荷密度和电荷布居数发现，CO分子与表面间发生电荷转移，转移数目为：SnO2＞TiO2＞MgO，由此得出表面的氧化性排序为，SnO2＞TiO2＞MgO；通过

7、对比三种氧化物的吸收和反射谱发现，含氧空位的表面对可见光的利用率较不含氧空位的表面都有明显的提高。因此，金属氧化物表面氧空位能有效改善材料的光学气敏传感特性。2.计算研究了锐钛矿型TiO2表面吸附NO2分子的情况，分析了Cr掺杂、CuI重庆师范大学硕士学位论文中文摘要掺杂含氧空位TiO2表面吸附NO2分子的几何结构、吸附能、态密度、差分电荷密度、电荷布居、电荷转移、光学性质等。研究发现：掺杂表面能稳定的吸附NO2分子且吸附后材料光学性质发生显著变化，极大提高了材料的光学气敏传感特性。表面吸附NO2分子后，Cu掺杂TiO2(101)表面对分子的吸附能最大，吸附后结构

8、更稳定，分