tio2纳米管吸附铜、银、金团簇体系的电子结构和光吸收性质

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1、万方数据太原理工大学研究生学位论文周围都有六个氧原子，它们形成了一个以钛原子为中心的氧八面体，而每个氧原子周围都有三个钛原子，它们形成了一个平面三角形。但由于八面体的连接的方式不同，如图I．2，金红石型晶体由八面体共顶点组成，锐钛矿型晶体由八面体共边组成，板钛矿则由八面体共边和共顶点组成。在这三种晶型中，金红石的原子排列相对紧密，分散光线的能力高，着色力和覆盖力也比较强：锐钛矿则表现出较高的催化活性15'6J，这种活性源于其较高的费米能级和较低的导带，而且晶体内部的缺陷和错位产生的氧空位也可以用来捕获光生电子【7’8】，而板钛矿则由于结构不稳定而被研究的较少。(

2、b)Rutile(c)Brookite图1．1锐钛矿、金红石、板钛矿Ti02的晶格结构F嘻1·1T

3、he1atticeofanatase，T1ltile，brookiteTi02图卜2[币06]8’结构单元的连接方式(a)共边方式；共顶点方式Fig．1．2Connectiontypeof【Ti06]8‘(a)Sharebond；(b)Shareve九ex．】．2．2Ti02的光催化机理固体能带理论提到：固体是由许多原子或者分子以其特定的方式排列而成，它的轨道则是由这些能量相近的原子或者分子的轨道发生相互重叠而产生。由于这些轨道能级彼此非常的接近，所以可以被看成是

4、连续的能带，在一般情况下，体系中的电子总是占据能量较低的能级。充满电子的最高能带叫价带，未充满电子的最低能带叫导带。对于万方数据太原理工大学研究生学位论文半导体而言，价带和导带之间还存在一个禁带，其宽度被称为带隙(E。)。半导体的光吸收阈值与Eg的关系为K=1240／Eg(eV)，当能量足够大(高于半导体吸收阈值)的光子照射在半导体上时，价带的电子受激发e’会跃迁至导带，这样在价带也会产生等量的空穴h+，光生电子一空穴对就是这样产生的【9J01。半导体粒子不连续能带区域的存在也会使得光生电子一空穴对有一段时间的寿命，这样它们就可以向半导体表面的物质转移电荷。价带

5、上的空穴有很强的氧化性使得它可以夺取半导体表面吸附物质中的电子，这样这些吸附物质就会被氧化；而导带上的光生电子有很强的还原性，这会使半导体表面吸附物质接受光生电子而被还原。有机光降解反应通常都是通过直接或者间接地利用空穴氧化剂的能量来进行的。Ti02就是具有满价带和空导带的半导体，锐钛矿型带隙为3．20eV，当被大于其带隙能量的光子照射时，价带电子受激跃迁到导带，此过程如图1．3IllJ所示，光激发后产生的电子和空穴经过A、B、C、D四个变化途径，其中A、B均为复合途径，C为迁移到半导体表面的光生电子还原电子受体的过程，D为光生空穴和供给电子的物质结合从而使该物

6、质氧化的过程。复合过程A、B与捕获过程C、D相互竞争。被激活的电子和空穴相遇时就会发生湮灭，由此产生的能量会以辐射的形式散失。A图1·3半导体Ti02光催化反应的机理图Fig．】一3Sch锄aticdjagramf研thephotocatalysismechanismofsemiconductor1’iC}2Ho腼ann等【101人曾经对Ti02在光照射下发生反应的过程进行了研究，并给出了光催化机理的具体反应过程：万方数据太原理工大学研究生学位论文Ti02+hv—÷Ti02+e‘+h+e’+h+—哼heath++H20—’H++·0Hh++OH‘—}·OHe。+

7、02一·02‘2·02’+2H+_H202·02。+H+一·H02H++·H02+e‘一·H202H202+hv一2·OHH202+e’_·OH+OH‘从以上反应过程可知由光激发产生的电子一空穴对，主要存在复合和输运这两个相互竞争的过程，而对于催化过程来讲，载流子只有被输运到半导体表面并与电子供体或者受体发生反应才会有效。因此界面上电荷转移的总量子效率是由以下两个竞争过程决定：电荷载流子的复合与捕获的竞争；被捕获载流子的复合与界面电荷迁移的竞争。所以可以通过延长光生载流子复合的时间或者是增加界面电子的转移速率来提高量子产率。1．3Ti02NT的制备Ti02NT是

8、一种有着优异的性能和广泛用途的材料，因此其制备方法也备受关注，到目前为止很多方法已经被研究，其中最常用的有水热法、模板法、阳极氧化法三种。(1)水热法水热法是将那些在常温常压下不溶或难溶的的物质放在内部衬有耐腐蚀材料的密闭高压釜中，伎其在高温高压下溶解，并通过控制高压釜内溶液的温差使产生对流以形成过饱和状态，从而析出生长晶体的方法。水热法合成Ti02NT大多都是将纳米Ti02粉体作为前驱物，并将其置于高压釜中，以水溶液作为反应介质，经碱液处理，溶解一结晶后得到。温度的高低、升温速度、搅拌速度以及反应时间对Ti02NT形态有很大的影响，例如Babykin等【121

9、发现纳米管的平均管径不仅