二氧化钛亚稳相的高压合成及其光电性质的研究
发布时间：2020-12-20 09:56
人类赖以生存的环境正在遭受严重的破坏,人们试图寻找一种有效的方案来降解污染物,TiO2在自然光的照射下可以产生催化活性,将污染物分解成无毒的小分子。它因其无毒无害可重复使用等优点而被研究人员广泛关注。但TiO2较宽的禁带使得其只能利用太阳光中波长较短的紫外线部分。而为了加强TiO2对太阳光的利用率,科研人员进行了大量的研究。物质在压力的作用下,原子和电子排布会发生较大变化而形成新相。这些原子、电子结构发生变化的新相可能具有完全不同的物理化学性质。以锐钛矿为母相,对其进行高温高压处理,会依次发生锐钛矿相、铌铁矿相、斜锆石相、一个未知的立方相以及氯铅矿相的相变。我们利用第一性原理计算软件CASTEP对这些相的能量进行了探索,并绘制了焓差–压力曲线,寻找各个压力点下能量最优的结构。我们还研究了部分相的弹性常数和声子散射谱以确定其结构的机械稳定性和动力学稳定性。此外我们还对部分相的能带结构和光吸收谱进行了研究。实验部分本文分别以锐钛矿微米粉、锐钛矿纳米粉作为原料,利用国产六面顶压机对其进行高温高压处理。得到了TiO2<...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金红石（左上）、锐钛矿（右上）、板钛矿（下）的晶体结构及其配位多面体铌铁矿相（TiO2II、columbite）中Ti离子和6个O离子以正八面体的形式相连，属正交晶系，所属空间群Pbcn，其常压晶格参数是a=4.5288，b=5.5151，c=
0.757, 0.465)。对金红石或锐钛矿进行高压处理，大概在 12~15 GPa 时得是这个高压相并不能截留下来，故想要测量它的物理化学性质相对来说比较困表 1-1 二氧化钛常压相晶体结构信息性质 金红石相 锐钛矿相 板钛矿相晶系 四方晶系 四方晶系 正交晶系晶格常数（ ）a = 4.5941c = 2.9589a = 3.7842c = 9.5146a = 9.184b = 5.447c = 5.145空间群 P42/mnm I41/amd Pbca分子数/晶胞 2 4 8克夫非平衡晶体学位置Ti: 2a (0, 0, 0)O: 4f (0.306, 0.306, 0)Ti: 4b (0.5, 0, 0.25)O: 8e (0.5, 0, 0.458)Ti: 8c (0.129, 0.097, 0.8O1: 8c (0.010, 0.149, 0.1O2: 8c (0.230, 0.113, 0.5
间群为 Pnma。L. S. Dubrovinsky 等人在 60~65 GPa、1600~1800 K 的条件下对 TiO2进行高温高压处理，并保持 40 分钟，得到氯铅矿结构的 TiO2，通过在 77 K 的液氮中快速卸压成功截留氯铅矿结构的 TiO2，对其在 150~160 K 的条件下进行维氏微观硬度测试，发现其硬度为 36.8~40.7 GPa，平均值为 40 GPa，作者称这是最硬的氧化物[5]。然而 A. R. Oganov 等人认为试验样品太小会影响结果的准确性，他们通过对理论模型的计算，认为氯铅矿 TiO2的硬度应该在 15.9 GPa 左右[6]。Fe2P-type 中每个 Ti 离子和 9 个 O 离子相连，属于六方晶系，其空间群为 P62m。Haruhiko Dekura 等人利用金刚石对顶砧对金红石进行高温高压处理，在 200 GPa、3000 K 时得到 Fe2P-type 的 TiO2[7]。TiO2高压亚稳相在常压下的晶格常数、所属空间群、每个晶胞中的分子数以及原子占据的沃克夫非平衡晶体学位置如表 1-2 所示，其中氯铅矿相 TiO2和 Fe2P-type型 TiO2在优化至常压时，晶体不能保持原有结构，发生剧烈变化，因此其在常压下的晶格常数和原子占据的沃克夫非平衡晶体学位置无法确定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载型TiO2光催化剂的制备及光催化活性研究[J]. 李亚峰,赵艳红,陈平,赵洁,刘娟,林强. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(01)
硕士论文
[1]MPc/TiO2复合光催化剂的制备与光催化性能研究[D]. 靳尉仁.福州大学 2004
本文编号：2927663
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：57 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金红石（左上）、锐钛矿（右上）、板钛矿（下）的晶体结构及其配位多面体铌铁矿相（TiO2II、columbite）中Ti离子和6个O离子以正八面体的形式相连，属正交晶系，所属空间群Pbcn，其常压晶格参数是a=4.5288，b=5.5151，c=
0.757, 0.465)。对金红石或锐钛矿进行高压处理，大概在 12~15 GPa 时得是这个高压相并不能截留下来，故想要测量它的物理化学性质相对来说比较困表 1-1 二氧化钛常压相晶体结构信息性质 金红石相 锐钛矿相 板钛矿相晶系 四方晶系 四方晶系 正交晶系晶格常数（ ）a = 4.5941c = 2.9589a = 3.7842c = 9.5146a = 9.184b = 5.447c = 5.145空间群 P42/mnm I41/amd Pbca分子数/晶胞 2 4 8克夫非平衡晶体学位置Ti: 2a (0, 0, 0)O: 4f (0.306, 0.306, 0)Ti: 4b (0.5, 0, 0.25)O: 8e (0.5, 0, 0.458)Ti: 8c (0.129, 0.097, 0.8O1: 8c (0.010, 0.149, 0.1O2: 8c (0.230, 0.113, 0.5
间群为 Pnma。L. S. Dubrovinsky 等人在 60~65 GPa、1600~1800 K 的条件下对 TiO2进行高温高压处理，并保持 40 分钟，得到氯铅矿结构的 TiO2，通过在 77 K 的液氮中快速卸压成功截留氯铅矿结构的 TiO2，对其在 150~160 K 的条件下进行维氏微观硬度测试，发现其硬度为 36.8~40.7 GPa，平均值为 40 GPa，作者称这是最硬的氧化物[5]。然而 A. R. Oganov 等人认为试验样品太小会影响结果的准确性，他们通过对理论模型的计算，认为氯铅矿 TiO2的硬度应该在 15.9 GPa 左右[6]。Fe2P-type 中每个 Ti 离子和 9 个 O 离子相连，属于六方晶系，其空间群为 P62m。Haruhiko Dekura 等人利用金刚石对顶砧对金红石进行高温高压处理，在 200 GPa、3000 K 时得到 Fe2P-type 的 TiO2[7]。TiO2高压亚稳相在常压下的晶格常数、所属空间群、每个晶胞中的分子数以及原子占据的沃克夫非平衡晶体学位置如表 1-2 所示，其中氯铅矿相 TiO2和 Fe2P-type型 TiO2在优化至常压时，晶体不能保持原有结构，发生剧烈变化，因此其在常压下的晶格常数和原子占据的沃克夫非平衡晶体学位置无法确定。
【参考文献】：
期刊论文
[1]负载型TiO2光催化剂的制备及光催化活性研究[J]. 李亚峰,赵艳红,陈平,赵洁,刘娟,林强. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2008(01)
硕士论文
[1]MPc/TiO2复合光催化剂的制备与光催化性能研究[D]. 靳尉仁.福州大学 2004
本文编号：2927663
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/2927663.html
