人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境正在遭受?chē)?yán)重的破壞,人們?cè)噲D尋找一種有效的方案來(lái)降解污染物,TiO₂在自然光的照射下可以產(chǎn)生催化活性,將污染物分解成無(wú)毒的小分子。它因其無(wú)毒無(wú)害可重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)而被研究人員廣泛關(guān)注。但TiO₂較寬的禁帶使得其只能利用太陽(yáng)光中波長(zhǎng)較短的紫外線(xiàn)部分。而為了加強(qiáng)TiO₂對(duì)太陽(yáng)光的利用率,科研人員進(jìn)行了大量的研究。物質(zhì)在壓力的作用下,原子和電子排布會(huì)發(fā)生較大變化而形成新相。這些原子、電子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的新相可能具有完全不同的物理化學(xué)性質(zhì)。以銳鈦礦為母相,對(duì)其進(jìn)行高溫高壓處理,會(huì)依次發(fā)生銳鈦礦相、鈮鐵礦相、斜鋯石相、一個(gè)未知的立方相以及氯鉛礦相的相變。我們利用第一性原理計(jì)算軟件CASTEP對(duì)這些相的能量進(jìn)行了探索,并繪制了焓差–壓力曲線(xiàn),尋找各個(gè)壓力點(diǎn)下能量最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。我們還研究了部分相的彈性常數(shù)和聲子散射譜以確定其結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性。此外我們還對(duì)部分相的能帶結(jié)構(gòu)和光吸收譜進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)部分本文分別以銳鈦礦微米粉、銳鈦礦納米粉作為原料,利用國(guó)產(chǎn)六面頂壓機(jī)對(duì)其進(jìn)行高溫高壓處理。得到了TiO_2<... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：57 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

金紅石（左上）、銳鈦礦（右上）、板鈦礦（下）的晶體結(jié)構(gòu)及其配位多面體鈮鐵礦相（TiO2II、columbite）中Ti離子和6個(gè)O離子以正八面體的形式相連，屬正交晶系，所屬空間群Pbcn，其常壓晶格參數(shù)是a=4.5288，b=5.5151，c=

0.757, 0.465)。對(duì)金紅石或銳鈦礦進(jìn)行高壓處理，大概在 12~15 GPa 時(shí)得是這個(gè)高壓相并不能截留下來(lái)，故想要測(cè)量它的物理化學(xué)性質(zhì)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較困表 1-1 二氧化鈦常壓相晶體結(jié)構(gòu)信息性質(zhì) 金紅石相 銳鈦礦相 板鈦礦相晶系 四方晶系 四方晶系 正交晶系晶格常數(shù)（ ）a = 4.5941c = 2.9589a = 3.7842c = 9.5146a = 9.184b = 5.447c = 5.145空間群 P42/mnm I41/amd Pbca分子數(shù)/晶胞 2 4 8克夫非平衡晶體學(xué)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

間群為 Pnma。L. S. Dubrovinsky 等人在 60~65 GPa、1600~1800 K 的條件下對(duì) TiO2進(jìn)行高溫高壓處理，并保持 40 分鐘，得到氯鉛礦結(jié)構(gòu)的 TiO2，通過(guò)在 77 K 的液氮中快速卸壓成功截留氯鉛礦結(jié)構(gòu)的 TiO2，對(duì)其在 150~160 K 的條件下進(jìn)行維氏微觀硬度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其硬度為 36.8~40.7 GPa，平均值為 40 GPa，作者稱(chēng)這是最硬的氧化物[5]。然而 A. R. Oganov 等人認(rèn)為試驗(yàn)樣品太小會(huì)影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，他們通過(guò)對(duì)理論模型的計(jì)算，認(rèn)為氯鉛礦 TiO2的硬度應(yīng)該在 15.9 GPa 左右[6]。Fe2P-type 中每個(gè) Ti 離子和 9 個(gè) O 離子相連，屬于六方晶系，其空間群為 P62m。Haruhiko Dekura 等人利用金剛石對(duì)頂砧對(duì)金紅石進(jìn)行高溫高壓處理，在 200 GPa、3000 K 時(shí)得到 Fe2P-type 的 TiO2[7]。TiO2高壓亞穩(wěn)相在常壓下的晶格常數(shù)、所屬空間群、每個(gè)晶胞中的分子數(shù)以及原子占據(jù)的沃克夫非平衡晶體學(xué)位置如表 1-2 所示，其中氯鉛礦相 TiO2和 Fe2P-type型 TiO2在優(yōu)化至常壓時(shí)，晶體不能保持原有結(jié)構(gòu)，發(fā)生劇烈變化，因此其在常壓下的晶格常數(shù)和原子占據(jù)的沃克夫非平衡晶體學(xué)位置無(wú)法確定。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]負(fù)載型TiO2光催化劑的制備及光催化活性研究[J]. 李亞峰,趙艷紅,陳平,趙潔,劉娟,林強(qiáng).  沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2008(01)

碩士論文
[1]MPc/TiO2復(fù)合光催化劑的制備與光催化性能研究[D]. 靳尉仁.福州大學(xué) 2004



本文編號(hào)：2927663