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  • S、F共掺杂TiO2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构

    S、F共掺杂TiO2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构
    S掺杂TiO2纳米管阵列F掺杂可见光催化电子结构
    11 浏览2025-07-19 更新pdf0.49MB 共8页未评分
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    《S、F共掺杂TiO2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构》是一篇研究新型光催化剂材料的学术论文。该论文聚焦于通过硫(S)和氟(F)共掺杂的方法,对二氧化钛(TiO2)纳米管阵列进行改性,旨在提升其在可见光下的催化性能,并深入探讨其电子结构的变化规律。随着环境污染问题日益严重,开发高效、稳定的光催化剂成为当前研究的热点之一。传统TiO2虽然具有良好的化学稳定性、无毒性和较高的光催化活性,但由于其禁带宽度较大(约3.2 eV),仅能吸收紫外光,限制了其在实际应用中的效率。因此,如何拓展TiO2的光响应范围至可见光区域,成为科研人员关注的重点。

    本文采用水热法合成TiO2纳米管阵列,并通过掺杂S和F元素对其进行改性。S和F的引入可以有效调控TiO2的电子结构,降低其禁带宽度,从而增强其对可见光的吸收能力。同时,掺杂元素还可以改变材料的表面性质,提高光生电子-空穴对的分离效率,进而提升催化活性。实验过程中,研究人员通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)等手段对样品的物相组成、形貌结构及元素价态进行了表征,验证了S和F的成功掺杂。

    为了评估掺杂后材料的光催化性能,论文设计了一系列实验,包括对有机污染物(如罗丹明B)的降解实验。结果表明,S、F共掺杂后的TiO2纳米管阵列在可见光照射下表现出显著增强的催化活性。与未掺杂的TiO2相比,掺杂样品在相同时间内对染料的降解率明显提高,说明掺杂策略有效提升了材料的光催化性能。此外,研究还发现,S和F的协同作用可能对光催化性能产生正向影响,进一步优化了材料的性能。

    在电子结构方面,论文通过紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)分析了材料的光学性质,结果显示掺杂后材料的吸收边发生红移,表明其禁带宽度减小,增强了可见光响应能力。同时,利用密度泛函理论(DFT)计算模拟了掺杂后的电子结构变化,揭示了S和F掺杂对TiO2能带结构的影响机制。计算结果表明,S和F的掺杂不仅改变了TiO2的导带和价带位置,还促进了光生载流子的迁移和分离,从而提高了光催化反应的效率。

    论文还讨论了掺杂浓度对光催化性能的影响。实验结果表明,当S和F的掺杂比例适当时,材料的催化性能达到最佳状态。过量的掺杂可能导致杂质缺陷的增加,反而降低材料的稳定性及催化活性。因此,合理控制掺杂浓度是实现高性能光催化剂的关键因素之一。

    综上所述,《S、F共掺杂TiO2纳米管阵列的可见光催化活性和电子结构》这篇论文系统地研究了S和F共掺杂对TiO2纳米管阵列的结构和性能的影响,揭示了其在可见光催化领域的应用潜力。研究成果为开发高效、稳定且环境友好的光催化剂提供了新的思路和理论依据,对未来光催化技术的发展具有重要的指导意义。

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