随着工业社会的不断发展，环境污染和能源短缺成为21世纪首先需要解决的问题。在众多环境污染治理方法中，基于纳米氧化物的光催化技术被认为是未来环境净化的主流技术。它具有节能、高效、绿色环保的优势，在去除空气中有害物质、废水中有机污染物的光催化降解，以及除臭、杀菌和防霉等方面都有重要应用前景。本书是依据作者所在课题组近10年来在科技部国家重大科学研究计划（973）项目的支持下在纳米光催化材料领域的研究成果撰写而成的一本专著。本书较为全面系统地介绍了纳米光催化材料的制备、表征、机理、理论计算、性能和应用等内容。第1章主要介绍了纳米TiO2的结构、制备、性能和应用；第2章简要介绍了微弧氧化技术及其在TiO2薄膜制备和光催化领域的应用；第3章至第32章按照纳米光催化材料的制备、性能、表征和理论顺序撰写。附录一综述了目前发展的先进光催化表征和测试技术。
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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 TiO2的结构特征与光催化原理 2
1.2.1 TiO2的结构特征 2
1.2.2 TiO2的光催化原理 4
1.3 TiO2基纳米材料的制备方法 5
1.3.1 溶胶-凝胶法 6
1.3.2 水热法 6
1.3.3 化学气相沉积法 7
1.3.4 化学气相水解法 7
1.3.5 粉末固定化TiO2薄膜的制备 7
1.3.6 TiO2沉积薄膜的制备 8
1.3.7 “原位”TiO2薄膜的制备 9
1.4 TiO2基纳米材料的掺杂与改性原理及方法 10
1.4.1 纳米TiO2材料的复合改性 11
1.4.2 纳米TiO2材料的掺杂改性 13
1.5 TiO2光催化机理的研究现状与进展 22
1.5.1 通过“原位”傅里叶变换红外光谱研究TiO2光催化的反应路径 23
1.5.2 利用扫描隧道显微镜在原子尺度研究物质在TiO2表面的吸附作用 26
1.5.3 利用高分辨透射电子显微镜在原子尺度研究光催化过程和机理 28
1.5.4 其他关于TiO2光催化机理的研究 28
1.6 TiO2基纳米材料的应用 29
1.6.1 污水处理 29
1.6.2 空气净化 30
1.6.3 杀菌消毒 31
参考文献 33
第2章 微弧氧化技术介绍 41
2.1 引言 41
2.2 微弧氧化技术及其发展历程 42
2.3 微弧氧化的原理 43
2.4 微弧氧化薄膜的微结构特征 44
2.5 微弧氧化的特点 45
2.6 微弧氧化薄膜的性能及其应用 46
2.6.1 机械性能 46
2.6.2 耐腐蚀性 47
2.6.3 生物相容性 47
2.6.4 光催化性能 48
2.6.5 微弧氧化薄膜的应用 48
2.7 微弧氧化TiO2薄膜及其在光催化领域的研究进展与现状 49
2.7.1 微弧氧化技术制备TiO2薄膜的研究现状 49
2.7.2 微弧氧化TiO2薄膜在光催化性能方面的研究 52
2.8 微弧氧化金属氧化物薄膜的制备 54
2.8.1 实验材料与微弧氧化电源 54
2.8.2 微弧氧化装置与金属氧化物薄膜的制备过程 56
参考文献 57
第3章 半导体复合微弧氧化TiO2薄膜的制备及其光催化性能 61
3.1 引言 61
3.2 TiO2/YAG:Ce3+复合薄膜及其光催化性能 61
3.2.1 TiO2/YAG:Ce3+复合薄膜的制备与表征 61
3.2.2 TiO2/YAG:Ce3+复合薄膜的形貌及其微结构特征 63
3.2.3 TiO2/YAG:Ce3+复合薄膜的成膜机理 66
3.2.4 TiO2/YAG:Ce3+复合薄膜的光催化性能 66
3.3 TiO2/Eu2O3复合薄膜及其光催化性能研究 68
3.3.1 TiO2/Eu2O3复合薄膜的制备与表征 68
3.3.2 TiO2/Eu2O3复合薄膜的形貌及其微结构特征和成膜机理 69
3.3.3 TiO2/Eu2O3复合薄膜的光催化性能 71
参考文献 73
第4章 基于化学热处理的微弧氧化法制备高含量取代型非金属掺杂TiO2光催化薄膜 75
4.1 引言 75
4.2 高含量取代型N掺杂TiO2薄膜及其光催化性能 76
4.2.1 Ti基体表面离子渗氮处理及N掺杂TiO2薄膜的制备与表征 76
4.2.2 化学热处理渗N层的微结构特征 77
4.2.3 高含量取代型N掺杂TiO2微弧氧化薄膜的微结构特征 79
4.2.4 高含量取代型N掺杂TiO2微弧氧化薄膜的成膜机理 81
4.2.5 高含量取代型N掺杂TiO2微弧氧化薄膜的光催化性能 82
4.3 高含量取代型C掺杂TiO2薄膜及其光催化性能 84
4.3.1 Ti基体表面气相渗碳及C掺杂TiO2薄膜的制备与表征 84
4.3.2 化学热处理渗碳层的微结构特征 84
4.3.3 高含量取代型C掺杂微弧氧化薄膜的微结构特征 86
4.3.4 高含量取代型C掺杂微弧氧化薄膜的成膜机理 87
4.3.5 高含量取代型C掺杂TiO2薄膜的光催化性能 88
参考文献 90
第5章 微弧氧化薄膜的微结构特征：一种纳米晶金属氧化物薄膜 93
5.1 引言 93
5.2 微弧氧化纳米晶薄膜制备及热处理工艺 93
5.3 微弧氧化TiO2薄膜的微结构特征及其光催化性能 95
5.3.1 微弧氧化TiO2薄膜的微结构特征及其形成机理 95
5.3.2 高温处理对TiO2纳米晶薄膜微结构和光催化性能的影响 98
5.4 微弧氧化MgO纳米晶薄膜的微结构特征及其腐蚀性能 101
5.4.1 Mg基体表面微弧氧化MgO薄膜的微结构特征 101
5.4.2 高温处理对MgO纳米晶薄膜微结构和腐蚀性能的影响 103
5.5 微弧氧化Al2O3纳米晶薄膜的微结构特征及其腐蚀性能 105
5.5.1 Al基体表面微弧氧化Al2O3薄膜的微结构特征 105
5.5.2 高温处理对Al2O3纳米晶薄膜微结构和腐蚀性能的影响 107
参考文献 109
第6章 导电高分子敏化的TiO2光催化材料及其光催化性能 110
6.1 引言 110
6.2 聚苯胺改性TiO2光催化材料及其光催化性能 111
6.2.1 聚苯胺改性TiO2的结构与形貌 111
6.2.2 聚苯胺改性TiO2的光电性能 115
6.2.3 聚苯胺改性TiO2的光催化性能及机理 116
6.3 聚苯胺改性的磁性TiO2纳米光催化材料及其光催化性能 118
6.3.1 聚苯胺与CoFe2O4共改性TiO2的结构与形貌 118
6.3.2 聚苯胺与CoFe2O4共改性TiO2的光电性能 120
6.3.3 聚苯胺与CoFe2O4共改性TiO2的光催化性能及光催化机理 121
6.3.4 PCT三元复合材料的回收实验 125
6.4 聚吡咯改性的Ag复合TiO2纳米纤维光催化材料及其光催化性能 126
6.4.1 PPy-Ag-TiO2复合光催化材料的制备与表征 126
6.4.2 PPy-Ag-TiO2复合光催化材料的光电性能 130
6.4.3 PPy-Ag-TiO2复合光催化材料的光催化性能及光催化机理 133
参考文献 135
第7章 非溶液法制备Au纳米颗粒修饰的ZnO/NiO异质结构及其优异的光催化性能 139
7.1 引言 139
7.2 实验材料与方法 141
7.3 Au纳米颗粒修饰ZnO/NiO异质结构的微结构特征及其光催化性能 141
参考文献 149
第8章 纳米Cu2O复合电纺TiO2亚微米纤维及其光催化性能研究 152
8.1 引言 152
8.2 Cu2O复合电纺TiO2亚微米纤维的制备 153
8.3 不同比例纳米Cu2O/TiO2亚微米纤维复合产物的形貌与微结构表征 154
8.4 不同比例纳米Cu2O/TiO2亚微米纤维复合产物的光催化性能 157
8.5 纳米Cu2O颗粒尺寸与复合物电子传输及光催化性能的关系 158
参考文献 160
第9章 (001)活性面暴露锐钛矿+金红石混晶纳米TiO2的制备与光催化性能研究 162
9.1 引言 162
9.2 (001)活性面暴露TiO2的研究现状与进展 163
9.2.1 (001)活性面暴露TiO2的制备 163
9.2.2 (001)活性面暴露TiO2的改性研究 167
9.2.3 (001)活性面暴露TiO2的其他应用 168
9.3 (001)活性面暴露锐钛矿+金红石混晶纳米TiO2的制备 168
9.4 HF含量与纳米锐钛矿TiO2(001)面暴露比例的关系 169
9.5 不同(001)面暴露比例纳米锐钛矿TiO2的光催化性能 171
9.6 NH4F添加量与混晶纳米TiO2晶型比例及纳米锐钛矿TiO2(001)面暴露比例的关系 171
9.7 不同混晶比例(001)面暴露纳米TiO2的光催化性能 174
参考文献 176
第10章 热氧化法制备Mo+C共掺杂TiO2及其光催化性能研究 180
10.1 引言 180
10.2 掺杂TiO2提高光催化性能的研究现状与进展 181
10.2.1 金属掺杂TiO2的研究现状与进展 181
10.2.2 非金属掺杂TiO2的研究现状与进展 182
10.3 掺杂TiO2的制备与测试 184
10.4 Mo+C共掺杂TiO2的结构特征及吸收光谱 185
10.5 Mo+C共掺杂TiO2的性能 187
10.5.1 C单掺杂TiO2与Mo+C共掺杂TiO2的光电性能 187
10.5.2 C单掺杂TiO2与Mo+C共掺杂TiO2的光催化性能 188
参考文献 189
第11章 TiO2金红石单晶纳米棒的合成及其性质 193
11.1 引言 193
11.2 TiO2物相及形貌特性 194
11.3 乙醇和pH值对产物形貌及晶型的影响 197
11.4 反应温度的影响 199
11.5 反应时间的影响 200
11.6 TiO2纳米棒的紫外-可见光吸收谱特性 200
11.7 TiO2纳米棒的N2吸附解附特性 201
11.8 TiO2纳米棒的生长机理 202
11.9 TiO2纳米棒的光催化性能 203
11.9.1 棒状纳米TiO2在可见光下对RB的降解特性 203
11.9.2 RB在紫外线下的降解特性 203
11.9.3 不同光源下RB的降解动力学特性 204
11.9.4 在不同光源下催化性能与P25 的比较 204
参考文献 205
第12章 TiO2三维结构的合成及其光催化性质 208
12.1 引言 208
12.1.1 TiO2多维结构材料的制备现状 208
12.1.2 粉末粒度和形貌的控制 210
12.1.3 热力学平衡态下对晶体生长的控制 211
12.1.4 晶体生长的主要理论 212
12.2 三维结构的微结构特征 215
12.2.1 产物的物相特征 215
12.2.2 产物的微观形貌特征 216
12.3 三维结构氮气的吸附特性 220
12.4 三维结构的紫外-可见光吸收谱特征 221
12.5 各因素对生长形貌晶型的影响 223
12.5.1 水乙醇混合溶液 223
12.5.2 无水乙醇溶液 223
12.5.3 模板上沉积微米球的形貌特征 225
12.6 生长机理探讨 225
12.7 光催化行为评估 228
12.7.1 在可见光下对RhB的降解曲线 228
12.7.2 在紫外线下对RhB的降解曲线 228
参考文献 230
第13章 三维网络状ZnO/CNFs/NiO异质结构的制备及其优异光催化性能 233
13.1 引言 233
13.2 三维网络状ZnO/CNFs/NiO异质结构的制备及表征方法 234
13.3 三维网络状ZnO/CNFs/NiO异质结构的微结构特征 235
13.4 三维网络状ZnO/CNFs/NiO异质结构的生长过程 238
13.5 三维网络状ZnO/CNFs/NiO异质结构的光催化性能 239
参考文献 242
第14章 一维钛酸纳米带材料的结构调控与光催化性能研究 244
14.1 引言 244
14.1.1 一维钛酸盐纳米材料的组成和结构 244
14.1.2 一维钛酸盐纳米材料的形成机理与假设 245
14.1.3 一维钛酸盐纳米材料的物性研究 246
14.2 一维钛酸纳米带的组成与结构分析 252
14.2.1 合成工艺对产物结构的影响 253
14.2.2 一维钛酸纳米带的物理性能研究 258
14.2.3 一维钛酸钠米带材料的形成过程 264
14.3 一维钛酸纳米带的贵金属纳米晶表面修饰及其光催化效应 265
14.3.1 Pt沉积一维钛酸纳米材料的结构及光催化效应 265
14.3.2 Au/钛酸纳米带异质结材料的结构及光催化效应 272
14.3.3 贵金属沉积在一维钛酸纳米带表面的光催化机理 277
14.4 一维钛酸纳米带的Mo+C共掺杂及其光催化效应 279
14.4.1 水热法合成掺杂改性的一维钛酸纳米带 279
14.4.2 Mo+C共掺杂一维钛酸纳米带的光学特性 280
14.4.3 Mo+C共掺杂一维钛酸纳米带材料的光催化机理研究 283
参考文献 284
第15章 电纺TiO2/CuS微-纳复合纤维的制备及其微结构与性能表征 287
15.1 引言 287
15.2 制备与表征 287
15.2.1 CuS/TiO2微-纳复合纤维的制备 287
15.2.2 CuS/TiO2微-纳复合纤维的表征 288
15.3 微结构特征与机理 288
参考文献 291
第16章 基于高温原子短程热扩散机制的异质结复合光催化材料的制备 293
16.1 引言 293
16.2 “基于高温热扩散机制”异质结光催化复合材料的制备 294
16.2.1 “基于高温热扩散机制”异质结制备的基本原理与工艺 294
16.2.2 ZnO/TiO2复合纤维的制备 294
16.2.3 ZnO纳米针/TiO2纳米薄膜复合材料的制备 295
16.2.4 ZnO/NiO异质结多孔材料的制备 296
16.2.5 ZnO/石墨烯复合材料的制备 296
16.2.6 光电流测试 297
16.2.7 光催化性能测试 297
16.3 ZnO/TiO2复合纤维的微结构表征及其光催化性能 298
16.3.1 ZnO/TiO2复合纤维的微结构特征 298
16.3.2 ZnO/TiO2复合纤维的光催化性能 300
16.3.3 ZnO/TiO2复合纤维的光催化降解机理 301
16.4 ZnO纳米针/TiO2纳米薄膜复合材料的微结构表征及其光催化性能 302
16.4.1 ZnO纳米针/TiO2纳米薄膜复合材料的微结构特征 302
16.4.2 ZnO纳米针/TiO2纳米薄膜复合材料的光催化性能 305
16.4.3 ZnO纳米针/TiO2纳米薄膜复合材料的光催化降解机理 308
16.5 ZnO/NiO异质结多孔材料的微结构表征及其光催化性能 308
16.5.1 ZnO/NiO异质结多孔材料的微结构特征 308
16.5.2 ZnO/NiO异质结多孔材料的光催化性能 312
16.5.3 ZnO/NiO异质结多孔材料的光催化降解机理 313
16.6 ZnO/石墨烯复合材料的微结构表征及其光催化性能 316
16.6.1 ZnO/石墨烯复合材料的微结构特征 316
16.6.2 ZnO/石墨烯复合材料的光催化性能 317
16.6.3 ZnO/石墨烯复合材料的光催化降解机理 318
参考文献 321
第17章 磁性铁氧体-半导体复合纳米材料的制备与光催化应用研究进展 324
17.1 引言 324
17.2 磁性铁氧体-半导体复合纳米材料概述 325
17.2.1 磁性铁氧体 325
17.2.2 半导体光催化材料 326
17.2.3 铁氧体-半导体复合纳米材料的结构类型 327
17.2.4 磁性铁氧体-半导体复合体系的电荷转移机制 328
17.3 磁性铁氧体-半导体复合纳米材料的制备 329
17.3.1 种子生长法 329
17.3.2 层层沉积法 330
17.3.3 其他方法 331
17.4 磁性铁氧体-半导体复合纳米材料在光催化领域的应用 332
17.4.1 磁性铁氧体-金属氧化物半导体复合光催化剂 332
17.4.2 磁性铁氧体-金属硫化物半导体复合光催化剂 336
17.4.3 多半导体壳层复合光催化剂 337
17.5 总结与展望 338
参考文献 339
第18章 TiO2纳米管阵列的可控生长和生长机理 348
18.1 引言 348
18.2 不同电解液体系中TiO2纳米管阵列的制备 348
18.2.1 HF/H2O电解液中TiO2纳米管阵列的制备 348
18.2.2 HF/乙二醇电解液中TiO2纳米管阵列的制备 351
18.2.3 NH4F/丙三醇/H2O电解液中TiO2纳米管阵列的制备 354
18.3 TiO2纳米管阵列形貌与结构的控制 356
18.3.1 外加电场类型对TiO2纳米管阵列形貌与结构的影响 356
18.3.2 外加直流电场电压值对TiO2纳米管阵列形貌与结构的影响
18.3.3 阳极氧化时间对TiO2纳米管阵列形貌与结构的影响 362
18.3.4 电解液中的电解质含量对TiO2纳米管阵列形貌与结构的影响 364
18.4 不同形貌的TiO2纳米管阵列的光电性能 369
参考文献 370
第19章 碳修饰TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能 371
19.1 引言 371
19.2 碳修饰TiO2纳米管阵列的制备 372
19.2.1 TiO2纳米管阵列的制备与热处理 372
19.2.2 碳单质与TiO2纳米管阵列的复合 373
19.2.3 碳修饰TiO2纳米管阵列的形貌、结构与元素成分 377
19.3 碳修饰TiO2纳米管阵列的性能 378
19.3.1 TNT与C-TNT样品的光学性能 378
19.3.2 TNT与C-TNT样品的光催化性能 379
19.3.3 TNT与C-TNT样品的光电性能 381
参考文献 382
第20章 氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备及其光催化性能 384
20.1 引言 384
20.2 氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备 385
20.2.1 Ti金属的离子渗氮处理 385
20.2.2 氮掺杂TiO2纳米管阵列的制备 386
20.3 氮掺杂TiO2纳米管阵列的性能 388
20.3.1 TNT和N-TNT样品的光学性能 389
20.3.2 TNT和N-TNT样品的光催化性能 389
20.3.3 TNT和N-TNT样品的光电性能 391
参考文献 392
第21章 静电纺丝法制备高光催化活性的TiO2-Bi2WO6纳米异质纤维 394
21.1 引言 394
21.2 Bi2WO6-TiO2复合纳米纤维的制备 395
21.3 Bi2WO6-TiO2复合纳米纤维的形貌结构表征 395
21.4 Bi2WO6-TiO2复合纳米纤维的光催化性能 398
21.5 Bi2WO6-TiO2复合纳米纤维的光催化降解机理 399
参考文献 401
第22章 TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能 402
22.1 引言 402
22.2 热处理法制备具有高光催化性能的石墨烯/TiO2复合材料 403
22.2.1 石墨烯/TiO2光催化复合粉体的制备 403
22.2.2 石墨烯/TiO2光催化复合薄膜的制备工艺 404
22.3 热处理法制备石墨烯/TiO2复合粉体及其可见光光催化性能 404
22.3.1 石墨烯/TiO2复合粉体的微结构特征 404
22.3.2 石墨烯/TiO2复合粉体的光催化性能 405
22.3.3 石墨烯对光催化性能的影响分析 406
22.4 高催化活性的石墨烯/TiO2层状复合材料及光催化性能 407
22.4.1 石墨烯/TiO2复合薄膜的微结构特征 408
22.4.2 石墨烯/TiO2复合薄膜的光催化性能 409
参考文献 409
第23章 利用RamaN光谱测定锐钛矿相TiO2(001)面暴露比例 412
23.1 引言 412
23.2 (001)活性面暴露TiO2纳米片的制备 413
23.3 XRD测定TiO2(001)活性面暴露比例的原理 414
23.4 RamaN光谱测定TiO2(001)面暴露比例的原理 415
23.5 RamaN法与XRD 法的对比讨论 417
23.6 不同晶面暴露比例TiO2的光催化性能 420
参考文献 422
第24章 二步水热法制备N＋Ni共掺杂(001)面暴露的TiO2纳米晶及其光催化性能 424
24.1 引言 424
24.2 N+Ni共掺杂(001)面暴露TiO2纳米晶的制备 425
24.3 N+Ni共掺杂(001)面暴露TiO2纳米晶的微结构表征 425
24.4 N+Ni共掺杂(001)面暴露TiO2纳米晶的光催化性能 428
24.5 N+Ni共掺杂(001)面暴露TiO2纳米晶的形成机制与光催化机理 429
参考文献 432
第25章 正电子湮没技术在TiO2光催化研究中的应用 434
25.1 引言 434
25.2 正电子寿命谱的基本原理 434
25.3 TiO2的氢化处理及其氧空位关联体的正电子寿命谱研究 436
25.3.1 氢化TiO2的正电子寿命谱测试方法 436
25.3.2 氢化TiO2的吸收光谱和微结构表征 436
25.3.3 氢化TiO2中氧空位关联体的正电子寿命谱 440
25.3.4 氢化TiO2中氧空位关联体及其对光催化性能的影响 442
25.4 利用正电子湮没寿命谱研究TiO2在光催化过程中的缺陷变化
25.4.1 样品制备 444
25.4.2 TiO2光催化过程中缺陷变化的正电子寿命谱特征 445
25.4.3 TiO2光催化过程中缺陷变化的其他表征验证 448
参考文献 450
第26章 锐钛矿纳米TiO2光催化降解过程的HRTEM研究 452
26.1 引言 452
26.2 锐钛矿纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝的HRTEM研究 453
26.2.1 锐钛矿纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝不同阶段的微结构特征 453
26.2.2 金红石纳米TiO2光催化降解亚甲基蓝的研究 456
26.2.3 锐钛矿纳米TiO2吸附亚甲基蓝的模拟计算 457
26.2.4 锐钛矿纳米TiO2降解亚甲基蓝的机理研究 460
26.2.5 锐钛矿纳米TiO2循环降解亚甲基蓝的失效测试 460
26.3 锐钛矿纳米TiO2光催化降解罗丹明B的HRTEM 462
26.4 锐钛矿纳米TiO2光催化降解甲基橙的HRTEM研究 463
26.5 锐钛矿纳米TiO2降解不同有机染料的光催化对比测试 465
26.6 锐钛矿纳米TiO2降解不同有机染料的机理研究 466
参考文献 468
第27章 上转换纳米晶/TiO2/石墨烯复合材料及其宽光谱吸收光催化特性 471
27.1 引言 471
27.2 石墨烯基三元复合材料的制备 471
27.2.1 上转换材料的制备 471
27.2.2 三元复合材料的制备 472
27.3 石墨烯基三元复合材料的表征 472
27.4 石墨烯基三元复合材料的光催化性能研究 474
27.4.1 石墨烯基三元复合材料的光电响应 475
27.4.2 石墨烯基三元复合材料的染料吸附能力 475
27.4.3 石墨烯基三元复合材料的光降解性能测试 476
参考文献 477
第28章 TiO2、CdS纳米粒子共混的三维石墨烯凝胶及其宽光谱吸收特性 478
28.1 引言 478
28.2 TiO2和CdS纳米粒子共混的三维石墨烯凝胶的制备 479
28.3 CdS/P25/graphene气凝胶的微结构特征 480
28.4 CdS/P25/graphene气凝胶的性能测试 482
28.5 光催化反应机理分析 487
参考文献 488
第29章 MoS2助催化TiO2纳米粒子的三维多孔石墨烯复合凝胶的光催化性能增强 491
29.1 引言 491
29.2 MoS2助催化TiO2纳米粒子的三维多孔石墨烯复合凝胶的制备 492
29.3 MoS2/P25/石墨烯气凝胶的结构与形貌表征 493
29.4 MoS2/P25/石墨烯气凝胶的性能测试 495
29.4.1 光学性能表征 495
29.4.2 光电化学性能表征 497
29.4.3 光催化降解的表征 500
29.5 MoS2/P25/石墨烯气凝胶的光催化机理分析 502
参考文献 503
第30章 TiO2第一性原理研究中的理论基础和计算方法 506
30.1
引言 506
30.2 玻恩-奥本海默(BO)近似 507
30.3 密度泛函理论 509
30.4 交换-关联能近似 511
30.4.1 局域密度近似 511
30.4.2 广义梯度近似 512
30.4.3 杂化泛函 513
30.4.4 LDA+U方法 514
30.5 赝势平面波方法 515
30.6 QUANTUM ESPRESSO程序包简介 517
参考文献 519
第31章 甲醛(HCHO)在TiO2表面吸附的第一性原理研究 521
31.1 引言 521
31.2 计算方法与结构模型 522
31.3 HCHO在金红石型TiO2(110)面的吸附 524
31.4 HCHO在锐钛矿型TiO2(101)面的吸附 526
31.5 HCHO在锐钛矿型TiO2(001)-(1×1)表面的吸附 529
31.6 HCHO在锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)重构面的吸附 531
31.7 电子结构分析 533
31.8 振动频率分析 537
参考文献 538
第32章 氢对O2分子在锐钛矿型TiO2(101)面吸附与解离的影响 543
32.1 引言 543
32.2 计算方法和模型 544
32.3 O2分子吸附在表面氢化的锐钛矿型TiO2(101)面 545
32.3.1 O2分子在有一个H原子的锐钛矿型TiO2(101)表面吸附 545
32.3.2 O2分子在有两个H原子的锐钛矿TiO2(101)表面吸附 547
32.3.3 O2分子解离后的吸附构型 549
32.4 吸附O2分子在氢化锐钛矿型TiO2(101)面的解离过程 551
32.5 O2分子和O原子在表面和亚表面都有H原子的锐钛矿型TiO2(101)面的吸附 552
32.6 O2分子在表面和亚表面都有H原子的锐钛矿型TiO2(101)面的解离过程 555
32.7 O2分子和O原子在亚表面有两个H原子的锐钛矿型TiO2(101)面的吸附构型 557
32.8 O2分子在亚表面有两个H原子的锐钛矿型TiO2(101)面的解离过程 559
32.9 讨论与分析 560
参考文献 562
附录一TiO2基光催化材料的先进表征技术：研究现状与展望 566
附录二发表论文列表 610
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