二氧化鈦納米薄膜材料及應(yīng)用

前言

　　TiO2納米膜特殊的物理化學性質(zhì)，特別是作為光催化氧化催化劑在環(huán)境污染治理中有著廣泛的應(yīng)用前景，也能作為光敏化太陽能電池材料，從而引起人們的很大興趣。不同的制備方法，或同一制備方法在不同的操作條件下制備出來的TiO2納米膜的表面結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，如膜上粒子的堆積方式、粒徑大小的分布、表面粗糙度等差別很大。膜的表面結(jié)構(gòu)形態(tài)不同，其物理化學性質(zhì)，如紫外可見光譜、光致發(fā)光光譜、膜對反應(yīng)底物的吸附量和吸附狀態(tài)、反應(yīng)底物在膜上的反應(yīng)機理和反應(yīng)速度等會產(chǎn)生很大的影響。　　本書從TiO2表面結(jié)構(gòu)著手，介紹不同條件下TiO2表面電子結(jié)構(gòu)的多樣性。闡述了不同的物理化學制備方法制備的TiO2，納米薄膜的表面形態(tài)、光物理性質(zhì)和化學反應(yīng)性質(zhì)。本書著重介紹TiO2納米薄膜及摻雜TiO2納米薄膜的光影響機理、光學性質(zhì)及光物理中的應(yīng)用，介紹TiO2納米薄膜及摻雜TiO2納米薄膜光催化反應(yīng)機理及在光催化氧化環(huán)境污染治理和光敏化光伏太陽能電池中的應(yīng)用?！　”緯谝徽戮w論主要介紹近年來關(guān)于TiO2：納米材料制備、表征及性質(zhì)等方面研究的一些總體情況。第二章綜合了國內(nèi)外主要研究成果，從原子水平闡述了TiO2表面結(jié)構(gòu)的知識。第三章結(jié)合作者研究工作，介紹了使用反膠束方法，在不同條件下制備具有不同結(jié)構(gòu)形態(tài)TiO2薄膜并對其進行表征的研究成果。第四章介紹作者在國內(nèi)外首先使用多重分析方法對所制備的膜進行形態(tài)分析的成果。第五章研究了不同制備條件下的膜的光物理性質(zhì)的差異，并對氮等元素摻雜的TiO2納米膜的光物理性質(zhì)進行了綜述。第六章以甲基橙為模型反應(yīng)物，研究不同條件制備的膜光催化反應(yīng)活性，并對TiO2表面上甲基橙的光分解機理進行了詳細的研究。第七章介紹了TiO2納米晶薄膜染料敏化太陽能電池近年的主要研究成果。

內(nèi)容概要

TiO2納米薄膜特殊的物理化學性質(zhì)，特別是作為光物理材料、環(huán)境污染治理中的光催化氧化催化劑有著廣泛的應(yīng)用前景而引起人們的很大興趣。本書從TiO2表面結(jié)構(gòu)著手，介紹不同條件下TiO2表面電子結(jié)構(gòu)的多樣性；闡述了不同的物理化學制備方法制備的TiO2納米薄膜的表面形態(tài)、光物理性質(zhì)和化學反應(yīng)性質(zhì)。本書著重介紹TiO2納米薄膜和摻雜TiO2納米薄膜的光影響機理、光學性質(zhì)及光物理中的應(yīng)用，介紹TiO2納米薄膜和摻雜TiO2納米薄膜光催化反應(yīng)機理及在光催化氧化環(huán)境污染治理和光敏化光伏太陽能電池中的應(yīng)用。本書既有比較系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論敘述，又具有豐富的光物理和光催化反應(yīng)內(nèi)容，是一部結(jié)合作者多年研究成果，對近年來國內(nèi)外有關(guān)TiO2納米薄膜研究進行了廣泛的總結(jié)和綜述的學術(shù)著作。本書可供材料科學、光催化科學及相關(guān)學科研究人員、研究生和大學高年級學生使用。

書籍目錄

第一章 緒論  一、TTiO2半導(dǎo)體的電子結(jié)構(gòu)與光物理性質(zhì)  二、TiO2納米粒子的光催化作用    （一）TiO2光催化氧化還原反應(yīng)的機理    （二）粒徑、摻雜和表面修飾對TiO2光催化反應(yīng)活性的影響    （三）復(fù)合半導(dǎo)體納米材料的光催化氧化還原反應(yīng)活性  三、TiO2納米薄膜的制備、表征和光物理化學性質(zhì)    （一）TiO2納米膜的制備一    （二）TiO2納米膜的表征    （三）TiO2納米膜的光物理性質(zhì)    （四）TiO2納米膜的光催化氧化還原反應(yīng)第二章 TiO2表面結(jié)構(gòu)  一、塊晶結(jié)構(gòu)  二、金紅石TiO2（110）的結(jié)構(gòu)    （一）（1×1）表面    （二）重構(gòu)    （三）表面制備建議  三、金紅石（100）的表面結(jié)構(gòu)    （一）TiO2（100）-（1×1）表面    （二）重構(gòu)  四、金紅石（001）    五、銳鈦礦表面    （一）銳鈦礦（101）      （二）銳鈦礦（001）      （三）其他銳鈦礦表面  六、結(jié)論第三章 TiO2納米膜的制備與表征  一、實驗部分    （一）TiO2納米膜的制備    （二）TiO2納米膜的表征  二、結(jié)果與討論    （一）TiO2納米薄膜的晶型與膜的厚度    （二）TiO2納米膜表面形態(tài)分析：  三、結(jié)論第4章 TiO2納米薄膜表面形態(tài)的多重分形分析  一、引言  二、計算方法    （一）分形的性質(zhì)    （二）規(guī)則分形及其維數(shù)    （三）多重分形分析  三、TiO2納米膜的多重分形分析    （一）TiO2納米膜的的表面AFM圖像和高度分布概率    （二）TiO2薄膜的多重分形計算    （三）多重分形分析結(jié)果討論  四、結(jié)論第五章 TiO2納米薄膜的光物理性質(zhì)和光活性  一、引言  二、二氧化鈦納米膜的禁帶寬和發(fā)射光譜研究    （一）實驗研究內(nèi)容    （二）結(jié)果與討論  三、元素摻雜二氧化鈦納米膜的光活性    （一）氮摻雜    （二）碳摻雜    （三）過渡金屬摻雜  四、受激電子空穴的復(fù)合    （一）捕獲位的Shockley—Read—Hall復(fù)合    （二）復(fù)合動力學    （三）TiO2表面上的電子空穴消除劑    五、到吸附物種的電荷轉(zhuǎn)移    （一）TiO2表面上的化學吸附氧    （二）光解吸過程中至吸附氧的電荷轉(zhuǎn)移的分形動力學第六章 TiO2納米膜的光催化降解反應(yīng)活性研究  一、引言  二、實驗內(nèi)容  ……第七章 TiO2納米晶薄膜染料敏化光伏太陽能電池

章節(jié)摘錄

　　圖2為現(xiàn)用于DSC作為電子受體來支持分子或QD敏化劑的納米晶氧化物電極的結(jié)構(gòu)。雖然也有使用其他的寬禁帶半導(dǎo)體如ZnO、SnO：或Nb2O3等，但最普遍使用的氧化物材料是TIO。氧化物粒子通過絲網(wǎng)印刷的方法沉積在玻璃或柔韌的塑料上，而玻璃或塑料上覆蓋了一層透明的氟摻雜的氧化錫（FTO）或錫摻雜的氧化銦（ITO）導(dǎo)體層，每個粒子被一單層的敏化劑或QD通過自有色溶液的自組裝來覆蓋?！　√貏e是由水熱方法制備的銳鈦礦納米粒子具有非常重要的雙金字塔形狀，其裸露的截面具有（101）方向，這是銳鈦礦的最低能量表面。粒子的平均大小為20nm，通常對樣品進行短時間的燒結(jié)處理，以確保粒子間的導(dǎo)電性。為了提高染料敏化膜在紅外或近紅外區(qū)的光捕獲容量，需要把粒徑為200～400nm的較大粒子混合在膜中或覆蓋在小粒子的表面成為覆蓋層。

圖書封面

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