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《ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛化学缺陷的新视角》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、西北师范大学物理与电子工程学院学年论文学年论文题目：Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角学院：物理与电子工程学院专业：物理学学生姓名：学号：指导教师：简短19西北师范大学物理与电子工程学院学年论文评语成绩：指导教师签名：19西北师范大学物理与电子工程学院学年论文Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角作者：JuanSu，XiaoxinZou和Jie-ShengChen翻译123摘要：金属氧化物的化学缺陷是一个无机电晶体材料的重要研究方向。这是因为（i）相当一部分缺陷或瑕疵存在于金属氧化物材料中(ii）出现的缺陷有时甚
2、至决定了材料的物理、化学特性；(iii）更重要的，缺陷不可避免的对材料的特性产生不利影响:正确地认识"缺陷工程学"使能改良为所需的特性，甚至是在自然材料中不是可得的一些新型有用的功能特性。基于这些观点，我们了解钛氧化物化学缺陷(例如Ti,TiO2),并在研究多功能的金属氧化物方向努力进行研究,并在这方面特意给予高度重视。经讨论，把部分精力放于合成氧空位/Ti3+自掺杂TiO2材料和受欢迎的的缺陷对材料的特性及应用的影响。在这个评论中,把重心集中在代表性的金属制的氧化物（也就是，TiO2),按预期提出一些新视角在金属氧化物的常见化学缺陷，并促
3、进金属氧化物材料的“缺陷工程学”的发展。1.引言钛（Ti）是地壳中的第九大元素（0.63%)，它的含量仅次于大量存在的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K和Mg。[1]二氧化钛（TiO2)作为钛的最重要的氧化物，它主要以三种晶型（锐钛矿、金红石和板钛矿）存在,是一种多功能的金属氧化物材料2-8。二十的世纪初期以来，TiO2已经在商业中被当作白色染料,防晒添加剂等等。,这些传统的应用主要是基于它特殊的物理化学性质，例如:高的折射率,强的紫外线吸收的能力、优越的化学稳定性和丰富的含量。[2-8]在1972年，Fujishima和Honda发现在
4、紫外线的照射下TiO2电极上发生了水的电解。9这个开创性的工作立刻引起了化学研究员的兴趣,同时他们付出巨大的努力致力于TiO2材料的研究。[1-8]从而引起许多有前景的TiO2基础的应用，从太阳能电池，光催化和自清洁技术到传感器和光电变色显示。[1-15]TiO2通常是这些应用中的核心组件，并且TiO2的特性基本上决定了这些应用效率以及我们最终能使用的操作环境。因此，正确地调整TiO2的结构将它的特性/功能最佳化以及更进一步理解结构与特性/功能之间的相互关系已经成为相当活跃的追求。TiO2的特性/功能与它主结构叁数有莫大的关系，典型的参数有
5、:结晶相、结晶度、形状、大小、表面的结构和缺陷。[16-20]在许多方法中通过改变晶体的状态、结晶度、形状、大小或者表面结构最优化TiO2的特性/功能,TiO2的缺陷调整很难弄懂,这样持续了很长一段时间。然而最近,在含大量缺陷（如Ti3+和氧空位）的TiO2材料的合成及应用上有了重的突破,尤其是这些缺陷对材料特性有利的效果已经引起广泛的关注。在这些回顾中,在TiO2中产生特定命名为Ti3+离子和氧空缺的缺陷的方法称为“自掺杂”。自掺杂方法的最重要的特征是通过有意在TiO2中引入缺陷来提高它的属性。换句话说，通过有意的引入缺陷（如，除去或重排
6、钛/氧原子）改变TiO2的原子结构，TiO2的特性能得到很大程度提高。在此，我们概述了合成含Ti319西北师范大学物理与电子工程学院学年论文离子和/或氧空位的TiO2自掺杂材料以及这些缺陷对材料特性和应用的有利效果的近期发展。2.二氧化钛自掺杂合成方法合成TiO2自掺杂的方法可粗略为“局部还原法”和“局部氧化法”两类。前者时常被用来制备自掺杂材料。X光电子能谱（XPS）和电子顺磁共振光谱（EPR）通常被用于研究TiO2中的Ti3+离子和氧空位。XPS是一种有效确定Ti3+离子在TiO2中的数量的技术,但是它不提供任何关于氧空位信息。此外，因
7、为XPS测量的发现深度小于10nm，它只能提供Ti3+离子在结构表面和TiO2粒子结构表面的数据信息。作为一个XPS的补充技术，EPR不仅能提供一些关于Ti3+离子以及电单极子俘获氧空位（Vo）的有效信息,而且能以苦基肼（DPPH）和标记锰作为标准，量化地分析Ti3+和Vo。在一个固体TiO2材料中Ti3+离子和氧空位之间的非常复杂的关系是不足为奇的。这主要有三种情况：（1）当在TiO2中Ti3+的价电子与氧空位总体上保持平衡，然后Ti3+与氧空位有可能同时出现/消失。（2）除了Ti3+与氧空位之外，相当一部分的结构缺陷（主要关于TiO2中
8、局部的结构重组）存在TiO2材料中。（3）当在TiO2中Ti3+的价电子能与氧空位通过质子平衡，Ti3+与氧空位没有直接联系。2.1.部分还原法部分还原法是从含Ti4+（例如Ti
