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《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》 2017年
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非金属掺杂氧化钛中光生载流子的红外光谱研究

杜艺杰  
【摘要】:揭示光催化剂中的电子态的结构对于深刻理解光催化反应过程至关重要。与此同时,电子态结构的改变又和半导体带隙中的缺陷态(局域态)密切相关。本论文从材料中缺陷态所产生的光生载流子为出发点,采用时间分辨红外光谱技术手段,研究了非金属掺杂氧化钛光催化材料的一些基本物理化学性质。其中主要有以下两方面的工作:(1)利用瞬态红外吸收-激发扫描光谱技术对非金属硼掺杂的氧化钛进行了研究。实验发现,对核心含硼的氧化钛样品进行光解水实验,其产氢性能良好,而产氧效果不佳。当我们通过加热的手段将核心的硼移动到氧化钛表面后,其光解水产氧的效果优于核心含硼的样品,但是其产氢的性能大打折扣,不如前者。从红外光谱表征的结果看,是因为核心含硼的样品其价带上方含有大量的深束缚能级,这些能级的存在束缚了光生空穴,使其氧化能力下降。而在表面含硼的样品中其价带上方的深束缚能级被清除,空穴的氧化能力得以保留,但是在表面含硼的样品中表面的硼会成为光生电子的受体,阻止了电子与质子的反应,导致了产氢效果不佳。(2)利用瞬态红外吸收光谱对非金属氮掺杂的氧化钛样品的光生载流子行为进行了初步研究。发现随着掺氮浓度的增加,样品吸收可见光的范围和吸光系数会增加,但同时复合中心也随之增加,因此加快了光生载流子的复合。在硼氮共掺的氧化钛样品(红钛)中,红钛成功实现了可见光的吸收,即使在525nm光激发情况下仍有大量的光生载流子生成并伴有长时间寿命。在此光照条件下,未掺杂的氧化钛及单一掺杂的氧化钛(单纯硼掺杂或氮掺杂)样品产生的光生载流子的数量都没有红钛产生的量多,而且寿命也没有红钛长。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O643.36;O644.1

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