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Ti+或者氧空位自掺杂二氧化钛化学缺陷的新视角————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期: 学年论文题目:Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角学院:物理与电子工程学院专业:物理学学生姓名:学号:指导教师:简短评语成绩:指导教师签名:Ti3+或者氧空位自掺杂二氧化钛:化学缺陷的新视角作者:JuanSu,XiaoxinZou和Jie-ShengChen翻译123摘要:金属氧化物的化学缺陷是一个无机电晶体材料的重要研究方向。这是因为(i)相当一部分缺陷或瑕疵存在于金属氧化物材料中(ii)出现的缺陷有时甚至决定了材料的物理、化学特性;(iii)更重要的,缺陷不可避免的对材料的特性产生不利影响:正确地认识"缺陷工程学"使能改良为所需的特性,甚至是在自然材料中不是可得的一些新型有用的功能特性。基于这些观点,我们了解钛氧化物化学缺陷(例如Ti,TiO2),并在研究多功能的金属氧化物方向努力进行研究,并在这方面特意给予高度重视。经讨论,把部分精力放于合成氧空位/Ti3+自掺杂TiO2材料和受欢迎的的缺陷对材料的特性及应用的影响。在这个评论中,把重心集中在代表性的金属制的氧化物(也就是,TiO2),按预期提出一些新视角在金属氧化物的常见化学缺陷,并促进金属氧化物材料的“缺陷工程学”的发展。(Ti)是地壳中的第九大元素(%),它的含量仅次于大量存在的O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K和Mg。[1]二氧化钛(TiO2)作为钛的最重要的氧化物,它主要以三种晶型(锐钛矿、金红石和板钛矿)存在,是一种多功能的金属氧化物材料2-8。二十的世纪初期以来,TiO2已经在商业中被当作白色染料,防晒添加剂等等。,这些传统的应用主要是基于它特殊的物理化学性质,例如:高的折射率,强的紫外线吸收的能力、优越的化学稳定性和丰富的含量。[2-8]在1972年,Fujishima和Honda发现在紫外线的照射下TiO2电极上发生了水的电解。9这个开创性的工作立刻引起了化学研究员的兴趣,同时他们付出巨大的努力致力于TiO2材料的研究。[1-8]从而引起许多有前景的TiO2基础的应用,从太阳能电池,光催化和自清洁技术到传感器和光电变色显示。[1-15]TiO2通常是这些应用中的核心组件,并且TiO2的特性基本上决定了这些应用效率以及我们最终能使用的操作环境。因此,正确地调整TiO2的结构将它的特性/功能最佳化以及更进一步理解结构与特性/功能之间的相互关系已经成为相当活跃的追求。TiO2的特性/功能与它主结构叁数有莫大的关系,典型的参数有:结晶相、结晶度、形状、大小、表面的结构和缺陷。[16-20]在许多方法中通过改变晶体的状态、结晶度、形状、大小或者表面结构最优化TiO2的特性/功能,TiO2的缺陷调整很难弄懂,这样持续了很长一段时间。然而最近,在含大量缺陷(如Ti3+和氧空位)的TiO2材料的合成及应用上有了重的突破,尤其是这些缺陷对材料特性有利的效果已经引起广泛的关注。在这些回顾中,在TiO2中产生特定命名为Ti3+离子和氧空缺的缺陷的方法称为“自掺杂”。自掺杂方法的最重要的特征是通过有意在TiO2中引入缺陷来提高它的属性。换句话说,通过有意的引入缺陷(如,除去或重排钛/氧原子)改变TiO2的原子结构,TiO2的特性能得到很大程度提高。在此,我们概述了合成含Ti3离子和/或氧空位的TiO2自掺杂材料以及这些缺陷对材料特性和应用的有利效果的近期发展。“局部还原法”和“局部氧化法”两类。前者时常被用来制备自掺杂材料。X光电子能谱(XPS)和电子顺磁共振光谱(EPR)通常被用于研究TiO2中的Ti3+离子和氧空位。XPS是一种有效确定Ti3+离子在TiO2中的数量的技术,但是它不提供任何关于氧空位信息。此外,因为XPS测量的发现深度小于10nm,它只能提供Ti3+离子在结构表面和TiO2粒子结构表面的数据信息。作为一个XPS的补充技术,EPR不仅能提供一些关于Ti3+离子以及电单极子俘获氧空位(Vo)的有效信息,而且能以苦基肼(DPPH)和标记锰作为标准,量化地分析Ti3+和Vo。在一个固体TiO2材料中Ti3+离子和氧空位之间的非常复杂的关系是不足为奇的。这主要有三种情况:(1)当在TiO2中Ti3+的价电子与氧空位总体上保持平衡,然后Ti3+与氧空位有可能同时出现/消失。(2)除了Ti3+与氧空位之外,相当一部分的结构缺陷(主要关于TiO2中局部的结构重组)存在TiO2材料中。(3)当在TiO2中Ti3+的价电子能与氧空位通过质子平衡,Ti3+与氧空位没有直接联系。