文档介绍：材料学《第二课堂》课程论文
题目:TiO2半导体纳米材料
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目录
1. 课程设计的目的…………………………………………………1
2. 课程设计题目描述和要求………………………………………1
3. 课程设计报告内容………………………………………………1
TiO2半导体纳米材料的特性…………………………………1
TiO2半导体纳米材料的制备方法……………………………3
TiO2半导体纳米材料的表征手段……………………………3
TiO2半导体纳米材料的发展现状与趋势……………………4
4. 结论……………………………………………………………….5
课程设计的目的
本课程论文的主要目的是论述TiO2半导体纳米材料,通过简要概述TiO2半导体纳米材料的特性、制备方法、表征手段及发展现状与趋势等相关方面的内容。通过这次课设,了解TiO2半导体纳米材料,巩固课堂上所学的有关纳米材料的有关知识,提高自己应用所学知识和技能解决实际问题的能力。
课程设计的题目:TiO2半导体纳米材料
TiO2半导体纳米材料由于它具有不同于体材料的光学非线性和发光性质,在未来光开关、光存储、光快速转换和超高速处理等方面具有巨大的应用前景。本文就TiO2半导体纳米材料的主要制备方法与表征手段做一全面总结。
TiO2半导体纳米材料的特性
1、光学特性
TiO2半导体纳米粒子(1~ 100 nm ) [2]由于存在着显著的量子尺寸效应, 因此它们的光物理和光化学性质迅速成为目前最活跃的研究领域之一, 其中TiO2半导体纳米粒子所具有的超快速的光学非线性响应及(室温) 光致发光等特性倍受世人瞩目。通常当半导体粒子尺寸与其激子玻尔半径相近时, 随着粒子尺寸的减小, 半导体粒子的有效带隙增加, 其相应的吸收光谱和荧光光谱发生蓝移, 从而在能带中形成一系列分立的能级[1]。
2、光电催化特性
1)TiO2半导体纳米粒子优异的光电催化活性
近年来, 对纳米TiO2半导体粒子研究表明: 纳米粒子的光催化活性均明显优于相应的体相材料。我们认为这主要由以下原因所致:
①TiO2半导体纳米粒子所具有的量子尺寸效应使其导带和价带能级变成分立的能级, 能隙变宽, 导带电位变得更负, 而价带电位变得更正。[1]这意味着TiO2半导体纳米粒子获得了更强的还原及氧化能力, 从而催化活性随尺寸量子化程度的提高而提高[5]。
②对于TiO2半导体纳米粒子而言, 其粒径通常小于空间电荷层的厚度, 在离开粒子中心L距离处的势垒高度可以表述为[1]:
公式(1)
这里LD是半导体的Debye 长度, 在此情况下, 空间电荷层的任何影响都可忽略, 光生载流子可通过简单的扩散从粒子内部迁移到粒子表面而与电子给体或受体发生还原或氧化反应。计算表明: 在粒径为1Lm 的T iO 2 粒子中, 电子从体内扩散到表面的时间约为100n s, 而在粒径为10 nm 的微粒中只有10 p s。因此粒径越小
, 电子与空穴复合几率越小, 电荷分离效果越好, 从而导致催化活性的提高。
2)TiO2半导体纳米粒子奇特的选择性
①粒径不同, 则反应的选择性亦不同。A npo 等人