流化床原子层沉积可控制备超细半导体纳米簇改性TiO2光催化剂及其催化机理研究

基本信息
批准号:21808214
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:郭婧
学科分类:
依托单位:中北大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李伟伟,杜晓强,成尚元,任晓晶,苗隆鑫
关键词:
原子层沉积纳米颗粒流化光催化表/界面调控纳米簇
结项摘要

Surface modification of titanium dioxide nanoparticles using semiconductor nanoclusters is one of the popular techniques for photocatalytic activity enhancement. However, traditional wet-chemistry methods have several shortcomings, especially the ability to precisely control the cluster size at ultrasmall scale (i.e., a few nanometers or smaller). Therefore, photocatalysis research at this scale is still limited.. In this proposal, we will employ atomic layer deposition (ALD) in a fluidized bed reactor to deposit metal oxide semiconductor (MOS) nanoclusters onto TiO2 nanopowders for surface modification. Owing to its self-saturating chemical reactions, ALD provides the ability to precisely control the amount of depositing materials and the cluster size at the atomic level. This allows us to study the photocatalytic activity of modified TiO2 nanomaterials at ultrasmall scale. The main research of this project includes (1) the investigation of fluidization behavior of the nanoparticles in a fluidized bed reactor and its influence on the ALD products, and (2) the photocatalytic properties of the MOS/TiO2 nanomaterials with the focus on the influence of cluster size and density at ultrasmall scale, the charge transfer at the interface between the TiO2 and the MOS nanoclusters, and the effects of the surface acidity and other surface properties to the photocatalytic activity. This project aims not only to explore a novel synthesis method for advanced photocatalysts, but also to bring new insights into the photocatalytic properties of the MOS/TiO2 materials.

半导体纳米簇复合是提高TiO2光催化活性的有效手段。传统制备方法很难精确控制纳米簇尺寸,超细尺寸纳米簇半导体复合所引起的特殊表界面效应难以彰显,对其电荷转移路径及其光催化机理还缺乏认识。本申请拟采用原子层沉积(ALD)技术,精确控制界面薄膜厚度、粒子尺寸,在TiO2纳米颗粒表面沉积超细且均匀的纳米簇粒子,充分发挥表界面效应,提升光催化剂的制备水平。通过研究颗粒在流化床中的流化性能、界面传质机理,建立以流化床反应器为基础的制备均匀、可控纳米团簇的ALD反应技术,研究气相沉积条件对超细纳米簇尺寸和结构的影响规律,探明团簇尺寸对光催化性能的影响机制,探究纳米簇存在时的界面电荷传输效应与电子转移催化氧化还原反应特性,探索表面酸性等表面性质对光催化过程的影响,为TiO2基纳米复合光催化剂制备提供理论支撑。

项目摘要

半导体纳米簇复合与离子掺杂是提高TiO2光催化活性的有效手段。传统制备方法很难精确控制物质的沉积量,亚纳米尺度的特殊表界面效应难以彰显,对其电荷转移路径及其光催化机理还缺乏认识。本项目采用常压流化床原子层沉积(ALD)技术,精确控制界面层厚度,以SiCl4和H2O为前驱体在TiO2纳米颗粒表面沉积超薄SiO2膜,调控TiO2的光催化活性,充分发挥表界面效应,提升光催化剂的制备水平。通过ALD SiO2改性TiO2探明了膜层厚度与其光催化活性之间的关系,证实了ALD在探究材料表界面效应方面的突出优势。成功将高温ALD SiO2拓展到室温下进行,且膜层中无Cl元素残留,采用密度泛函理论模拟探究了常温ALD SiO2和高温ALD SiO2的反应机理,有望将该成果应用到温度敏感型材料的沉积改性。利用超重力技术强化化学沉淀过程中的微观混合,制备了系列Fe、Co掺杂纳米TiO2光催化剂,其高效的微观混合使Fe、Co均匀分散进入TiO2的晶格内部,有效提高了TiO2的量子效率和光能利用率。该设备成功将纳米TiO2的制备与掺杂改性同步实现,有望为高效纳米光催化剂的连续制备提供借鉴。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DeoR家族转录因子PsrB调控黏质沙雷氏菌合成灵菌红素

DOI:10.3969/j.issn.1673-1689.2021.10.004
发表时间:2021
3

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

粗颗粒土的静止土压力系数非线性分析与计算方法

DOI:10.16285/j.rsm.2019.1280
发表时间:2019
4

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

特斯拉涡轮机运行性能研究综述

DOI:10.16507/j.issn.1006-6055.2021.09.006
发表时间:2021
5

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

基于Pickering 乳液的分子印迹技术

DOI:10.1360/N972018-00955
发表时间:2019

郭婧的其他基金

批准号:81900517
批准年份:2019
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81400475
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71803203
批准年份:2018
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61704075
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

原子层沉积制备TiO2三维纳米结构及其光催化性能研究

批准号:51302185
批准年份:2013
负责人:王拓
学科分类:E0207
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
2

原子层沉积构建新型纳米催化剂及其催化机理的原位XAFS研究

批准号:U1832208
批准年份:2018
负责人:覃勇
学科分类:A3202
资助金额:248.00
项目类别:联合基金项目
3

超细超长半导体纳米线及其核壳结构的可控制备与关键问题研究

批准号:21273020
批准年份:2012
负责人:李运超
学科分类:B0305
资助金额:82.00
项目类别:面上项目
4

新型Ti3+共掺杂改性TiO2光催化剂的设计、制备及光催化机理研究

批准号:21173077
批准年份:2011
负责人:张金龙
学科分类:B0202
资助金额:61.00
项目类别:面上项目