TiO2的结构缺陷及对性能的影响

TiO2的结构缺陷及对性能的影响资料搜集肖曼杰田平聪PPT制作吴桢白华伟演讲、组长吴子祎材科1401班结构缺陷的定义及分类TiO2的非化学计量缺陷氧空位对TiO2性能的影响TiO2的应用结构缺陷的定义及分类1.定义晶体点阵结构中周期性势场的畸变称为晶体的结构缺陷。2.分类（按产生的原因）热缺陷杂质缺陷非化学计量缺陷电荷缺陷辐照缺陷TiO2非化学计量缺陷四种类型：1、阴离子缺位，TiO2-xZnO1-x2、阳离子缺位，Co1-xOCa1-xOCu2-xO3、阳离子填隙，Zn1+xOCd1+xOCr2+xO34、阴离子填隙，UO2+x非化学计量化合物的特点：1、产生及缺陷浓度与气氛性质、压力和温度有关2、可以看作是高价化合物与低价化合物的固溶体3、非化学计量化合物都是半导体定义：其各元素的原子（或离子）组成在一定的比例范围内波动，它们的组成不能用整数来表示，只能用小数描述TiO2中的非化学计量缺陷-氧空位产生原因：TiO2半导体在一定温度和气氛中焙烧后，由于高温环境中缺氧，晶格中的氧逸出到大气中，使晶体中出现氧空位。为保持电中性，部分Ti4＋得到一个电子降价成Ti3＋，TiO2中的氧空位分为三类（He原子模型）：束缚双电子型氧空位，有效电荷为0束缚单电子型氧空位，有效电荷为＋1无束缚电子型氧空位，有效电荷为+2TiO2中的非化学计量缺陷-氧空位𝑂O𝑥⇄𝑉𝑂𝑥+12𝑂2𝑔𝑉𝑂𝑥⇄𝑉𝑂∙+𝑒′𝑉𝑂∙⇄𝑉𝑂∙∙+𝑒′如果缺陷反应按上述过程充分地进行，则𝑂O𝑥⇄𝑉𝑂∙∙+2𝑒′+12𝑂2𝑔∙∙∙∙(1)K=𝑉𝑂∙∙𝑒′2𝑝𝑂21/2𝑂O𝑥⟹𝑉𝑂∙∙=𝐾∙𝑂O𝑥𝑒′2𝑝𝑂21/2𝑉𝑂∙∙=(K’pO2)1/6又：TiTix+𝑒′⇄TiTi′∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙(2)总反应：𝟐𝑻𝒊𝑻𝒊𝒙+𝑶𝑶𝒙⇄𝑽𝑶∙∙+2𝑻𝒊𝑻𝒊′+𝟏𝟐𝑶𝟐𝒈1.𝑶𝑶𝒙基本不变2.𝒆′=2𝑽𝑶∙∙缺陷浓度与气氛压力负相关导带价带Eg=3.2eV锐钛矿型TiO2能带模型e-h+O2-O2H2O、OH-HO.超氧负离子氢氧自由基TiO2光催化应用的原理含有氧空位的锐钛矿型TiO2的能带模型ConductionBondValenceBond3.2eV0.43eV2.02eVOxygenVacancyStates0.75eV𝒉𝝂≥𝑬𝒈′⟹𝝀≤𝟔𝟏𝟒𝒏𝒎可见光波长范围：390nm-780nm氧空位对TiO2光催化性能的影响氧空位对TiO2光催化性能的影响含有氧空位的锐钛矿型TiO2的能带模型ConductionBondValenceBond3.2eV0.43eV2.02eVOxygenVacancyStates0.75eV控制氧空位的产生和数量能调整TiO2的能带结构产生新的缺陷能级或者浅施主能级改变TiO2的带隙宽度氧空位对TiO2光催化性能的影响结构缺陷对TiO2光催化性能的影响不利于光催化有利于光的吸收，提高光催化性能引入氧空位等缺陷对TiO2的影响可归结为以下3个方面1.增加可见光响应、促进载流子的分离和转移、改变能带结构等2.在还原或氧化性气氛中具有可逆性，热处理温度、时间会对氧空位的浓度和稳定性有很大影响3.氧空位不仅影响TiO2的光催化活性，还能改变其磁性和光电性能等光催化效率结构缺陷对TiO2性能的影响如当晶体中存在0.5%的Ti4+被还原为Ti3+，则其电阻率将下降105－107数量级TiO2的应用TiO2的光催化活性为解决日益严重的水环境污染提供了一条光催化氧化技术。作为光催化剂,TiO2具有稳定的光化学性质、无毒、价廉，能氧化降解大多数有机污染物和不产生二次污染等。01死亡有机质生活污水造纸污水农业污水02有机和无机化学药品杀虫剂除草剂制革废水化学洗剂石油化工洗涤剂TiO2的应用TiO2的光催化活性为解决日益严重的水环境污染提供了一条光催化氧化技术。作为光催化剂,TiO2具有稳定的光化学性质、无毒、价廉，能氧化降解大多数有机污染物和不产生二次污染等。03重金属(汞、铅、镉、镍、硒、砷、铬、金、铂、银)，悬浮物，酸类TiO2的应用TiO2的光催化活性为解决日益严重的水环境污染提供了一条光催化氧化技术。作为光催化剂,TiO2具有稳定的光化学性质、无毒、价廉，能氧化降解大多数有机污染物和不产生二次污染等。04油类物质水上机动、交通运输、油船泄漏TiO2的应用TiO2的光催化活性为解决日益严重的水环境污染提供了一条光催化氧化技术。作为光催化剂,TiO2具有稳定的光化学性质、无毒、价廉，能氧化降解大多数有机污染物和不产生二次污染等。Thanks