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不同浓度Sn^4+离子掺杂TiO_2的结构、性质和光催化活性
  • ISSN号:1000-6818
  • 期刊名称:《物理化学学报》
  • 时间:0
  • 分类:O648[理学—物理化学;理学—化学] O643[理学—物理化学;理学—化学]
  • 作者机构:[1]南开大学物理科学学院,天津300071, [2]南开大学泰达应用物理学院弱光非线性光子学教育部重点实验室,天津300457
  • 相关基金:国家自然科学基金(51072082,21173121,11074129)和国家重点基础研究发展规划项目(973)(2012CB934201)资助
中文摘要:

采用溶胶-凝胶法制备出纯TiO2和不同浓度Sn4+离子掺杂的TiO2光催化剂(TiOz—Snx%,x%代表Sn4+离子掺杂的TiO2样品中Sn4+离子摩尔分数).利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和表面光电压谱(SPS)确定了TiO2-Snx%催化剂的晶相结构和能带结构,结果表明:当Sn4+离子浓度较低时,Sn4+离子进入TiOz晶格,取代并占据Ti4+离子的位置,形成取代式掺杂结构(Ti1—SnxO2),其掺杂能级在导带下0.38eV处:当Sn4+离子浓度较高时,掺入的Sn4+离子在TiO2表面生成金红石SnO2,形成TiO2和SnO2复合结构(TiO2/SnO2),SnO2的导带位于TiO2导带下0.33eV处.利用瞬态光电压谱和荧光光谱研究了TiO2-Snx%催化剂光生载流子的分离和复合的动力学过程,结果表明,Sn4+离子掺杂能级和表面SnO2能带存在促进光生载流子的分离,有效地抑制了光生电子与空穴的复合;然而,Sn4+离子掺杂能级能更有效地增加光生电子的分离寿命,提高了光生载流子的分离效率,从而揭示了TiO2-Snx%催化剂的光催化机理.

英文摘要:

Pure TiO2 and Sn4+ doped TiO2 (TiO2-Snx%) photocatalysts were prepared by a sol-gel method, where x% represents the nominal molar fraction of Sn4+ ions in the TiO2 structure. The crystal structure and energy band structure of the resultant catalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and surface photovoltage spectroscopy (SPS). The results show that for a low content of Sn4+ ions, the Sn4+ ions are doped into the TiO2 lattice and replace lattice Ti4+ ions in a substitute mode (Ti1-xSnxO2). The energy levels of these Sn4+ ions are located 0.38 eV below the conduction band. Moreover, the rutile SnO2 crystal structure evolves with increasing content of Sn4+ ions, i.e., a TiO2 /SnO2 structure is formed. The conduction band of SnO2 is located 0.33 eV lower than that of TiO2. The separation and recombination mechanism of the photo-generated carriers was characterized by photoluminescence and transient photovoltage techniques. The results showed that the formation of the energy levels of Sn4+ ions and the conduction band of rutile SnO~ can enhance the separation of the photo- generated carriers, and suppress the recombination of photo-generated carriers. However, the energy levels of Sn4+ can lead to a much longer life time and higher separation efficiency of the photo-generated carriers. For different content of Sn4+ in Sn4+ ion doped TiO2 (TiO2-Snx%), the abovementioned aspects improve the photocatalytic activity.

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期刊信息
  • 《物理化学学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:北京大学化学与分子工程学院承办
  • 主编:刘忠范
  • 地址:北京大学化学楼
  • 邮编:100871
  • 邮箱:whxb@pku.edu.cn
  • 电话:010-62751724
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6818
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1892/O6
  • 邮发代号:82-163
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:24781