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Mo掺杂的TiO2:对氧空位、锐钛矿相稳定性和光催化活性的影响
Journal of Physics: Materials ( IF 4.9 ) Pub Date : 2020-03-31 , DOI: 10.1088/2515-7639/ab749c
Vignesh Kumaravel 1, 2 , Stephen Rhatigan 3 , Snehamol Mathew 1, 2 , Marie Clara Michel 3 , John Bartlett 1, 2 , Michael Nolan 3 , Steven J Hinder 4 , Antonio Gasc 5 , Csar Ruiz-Palomar 6 , Daphne Hermosilla 6 , Suresh C Pillai 1, 2
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摘要 这项工作概述了钼 (Mo) 掺杂对二氧化钛氧空位形成和光催化活性影响的实验和理论研究。采用 X 射线衍射 (XRD)、拉曼光谱、X 射线光电子能谱 (XPS) 和光致发光 (PL) 等分析技术探测 Mo 掺杂 TiO2 的锐钛矿向金红石转变 (ART)、表面特征和光学特性。 Mo-TiO2)。XRD 结果表明,在 750 °C 下,2 mol% Mo 掺杂有效地阻碍了 ART,产生了 67% 的锐钛矿和 33% 的金红石。此外,通过与氧空位和 Ti-O 键的相互作用,Mo 掺杂会影响 TiO2 的晶体生长。XPS 结果证实了 Ti-O-Mo 和 Mo-Ti-O 键的形成。声子限制,通过拉曼分析验证了晶格应变和非化学计量缺陷。DFT结果表明,在锐钛矿Ti位点置换掺杂Mo后,Mo氧化态为Mo6+,空Mo-s态出现在二氧化钛导带最小值处。空的 Mo-d 状态与 DOS 图中的锐钛矿导带重叠。通过形成氧空位来减少 Mo-TiO2 需要大量的能量成本,与原始锐钛矿计算的能量成本相当。Mo5+ 和 Ti3+ 在氧空位形成后存在,并且由于这些还原的阳离子出现在二氧化钛主体的能隙中,占据状态。PL 研究表明,Mo-TiO2 中的电子-空穴复合过程明显低于 TiO2 锐钛矿和金红石。这归因于 Mo 掺杂剂在 TiO2 的 CB 下方引入了 5s 间隙态。此外,光生电荷载流子可以很容易地被 Mo6+ 和 Mo5+ 离子捕获并定位在 TiO2 表面,从而提高光催化活性。



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更新日期:2020-03-31
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