以TiO2為基礎(chǔ)的材料在越來越多的方面得到廣泛應(yīng)用,諸如多相催化、氣體傳感器、染料敏化、以及生物材料等方面。幾乎所有關(guān)于TiO2的應(yīng)用多集中在能源、環(huán)境和健康這三個(gè)方面,毫無疑問是21世紀(jì)人類所面對(duì)的重要的和具有挑戰(zhàn)性的主題。而這些方方面面的應(yīng)用首先要面對(duì)的就是分子或離子等與TiO2晶面的相互作用。金紅石作為最穩(wěn)定的晶相近年來已經(jīng)得到大量的研究并且取得了豐碩的成果。然而大量的理論計(jì)算結(jié)果以及納米尺寸的TiO2以銳鈦礦相最為穩(wěn)定,尤其以暴露（001）晶面活性最為突出,因此也引起了越來越多的關(guān)注和研究。本博士論文利用表面科學(xué)分析技術(shù)系統(tǒng)研究了小分子在天然銳鈦礦TiO2（001）-（1×4）單晶表面和金紅石TiO2（110）-（1×l）單晶表面的吸附、熱催化反應(yīng)和光催化反應(yīng),建立了熱催化反應(yīng)和光催化反應(yīng)的構(gòu)-效關(guān)系和表面反應(yīng)機(jī)理。主要取得以下研究成果:1)研究了甲醇在銳鈦礦TiO2（001）-（1×4）表面的吸附和反應(yīng),觀察到表面四配位Ti4+（Ti4e）能夠解離CH3OH生成強(qiáng)吸附CH30物種,CH3O物種在高溫發(fā)生脫水偶聯(lián)反應(yīng)生成CH3OCH3。這些結(jié)果表明Ti02表面Ti4c位是催化甲... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：167 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２金屬和半導(dǎo)體顆粒尺寸與量子效應(yīng)關(guān)系圖??２??

入研宄［了］。??多相光催化反應(yīng)是一個(gè)吸收光子并在表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程［８］。其主要??過程包括，如圖１．３所示，首先光催化劑經(jīng)過吸收能量大于其帶隙（Ｅｇ）的光子后，??價(jià)帶（ＶＢ）中的電子將會(huì)被激發(fā)至導(dǎo)帶（ＣＢ），同時(shí)在ＶＢ產(chǎn)生空穴；生成的電子－空??穴對(duì)接著會(huì)經(jīng)歷以下三個(gè)過程：（ｉ）電子－空穴對(duì)發(fā)生分離并遷移至表面，同吸附??物質(zhì)發(fā)生相應(yīng)的氧化還原反應(yīng)；（ｉｉ）分離的電子－空穴對(duì)在遷移過程中被體相或表??面的缺陷位捕獲；（ｉｉｉ）電子－空穴對(duì)同時(shí)也會(huì)有很大幾率在體相或者表面發(fā)生復(fù)??合并放出熱或者光。顯然，后兩個(gè)過程是退激發(fā)過程并沒有參與到后續(xù)的光催化??反應(yīng)，在光催化劑體相和表面存在的缺陷位通常會(huì)扮演光生電子－空穴對(duì)的復(fù)合??中心，降低了整個(gè)光催化反應(yīng)的效率。因此研宄整個(gè)光催化反應(yīng)的基本過程對(duì)于??我們獲得更加高效的光催化反應(yīng)至關(guān)重要。??Ｓ／＾Ｖ?？?＾ｎａｔｉｏｎ?＾?〇?ＣＢ＼??０?Ｂｕｌｋ?ｖ?／！日ｅｃｔｆｏｎ?ｄｒｉｖｅｎ??ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ?／?／?ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??Ｈｏｌｅ?ｄｒｉｖｅｒｒ？Ｎｖ?／?Ｉ??ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ?＼?＼．?＾?ｉ??＼＞－￣??圖１．３光催化表面反應(yīng)過程示意圖［９］??３??

的光生電子會(huì)誘導(dǎo)還原反應(yīng)的發(fā)生，其還原能力取決于導(dǎo)帶底（ＣＢＭ）的位置；相??反ＶＢ中的空穴則會(huì)誘導(dǎo)氧化反應(yīng)的發(fā)生，且其氧化能力則依賴于價(jià)帶頂（ＶＢＭ）??的位置。如圖１．４所示，以水裂解產(chǎn)氫反應(yīng)為例，半導(dǎo)體催化劑的ＣＢＭ位置需要??比Ｈ＋／Ｈ２?（０?Ｖ?ｖｓ．?ＮＨＥ，ｐＨ?＝?７）的還原電勢(shì)更負(fù)才能在熱力學(xué)上使得Ｈ２０還原生成??氫氣反應(yīng)發(fā)生；而ＶＢＭ則要比〇２／Ｈ２〇（１．２３Ｖｖｓ．ＮＨＥ，ｐＨ?＝?７）來的更正，才能使??得生成氧氣這一步進(jìn)行。值得注意的是，盡管整個(gè)氧化還原反應(yīng)所需的能量并沒??有超過１．２３?ｅＶ，但是在這之前光催化劑經(jīng)光激發(fā)產(chǎn)生所需的光生電子－空穴對(duì)仍??然需要更高于Ｅｇ的能量［１０］。??Ｖａｃｕｕｍ??十Ｅ個(gè)ＮＨＥ??Ｚ??ＳｉＣ??－３．０?－?－１，５?－??ＧａＰ??－３．５?＿?－１．０?＿?＿??．?＿?＿?ＧｆｉＡｓ??＿４．０＿?－〇．５＿?■?ＣｄＱ＾Ｚ，０?ＴＯ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A breakthrough of artificial photosynthesis[J]. Tingyun Kuang.  National Science Review. 2016(01)
[2]催化表面物理化學(xué)的模型體系研究[J]. 黃偉新.  中國(guó)科學(xué):化學(xué). 2012(04)



本文編號(hào)：3584410