原子层沉积在TiO2多金属掺杂上的应用研究

A series of multi-metal nanoparticles will be doped on TiO2 and N/TiO2 surface via atomic layer deposition method. According to the layer by layer feature of atomic layer deposition, the doping sequence and loading ratio of multi metals will be adjusted in order to produce different configurations for the same metals. This is a superior benefit arisen from the use of atomic layer deposition method. After the synthesis, the effect of the doping metals on the photoactivity of TiO2 will be studied through experimental characterization, photoactivity measurement, and quantum simulation. With all this study, we hope that this project could provide reference for the future design of TiO2 photocatalyst, and therefore contributes to the wide application of TiO2 in many fields such as environment remediation, hydrogen generation, self-cleaning and cancer treatment.

本项目运用原子层沉积法在TiO2和N/ TiO2上掺杂一系列多金属纳米颗粒。根据原子层沉积单原子逐次沉积的特点，改变掺杂金属的比例和沉积顺序，可以改变掺杂金属的形态结构；这是原子层沉积法带来的独特优势。然后再对制得的一系列复合TiO2 纳米材料进行表征和光催化性能的研究，并运用量子化学计算，来掌握掺杂材料对TiO2光催化性能的影响及其机理，为以后设计更优良的TiO2光催化剂提供依据，以期使TiO2光催化剂在环境治理、水分解产氢、自清洁材料、医疗治癌等方面的应用中发挥更大的作用。

由于是单原子逐次沉积，原子层沉积可以精确的控制沉积薄膜或颗粒的厚度、大小（埃米量级），成份和结构，使得制备的薄膜或颗粒具有优异的沉积均匀性和一致性。因此，原子层沉积技术在微纳电子和纳米材料等领域都具有非常广泛的应用潜力。本项目主要围绕原子层沉积技术，研究其在光催化剂及锂电池电极材料上的应用。.本项目首先运用原子层沉积法在TiO2颗粒上进行金属掺杂以及金属与N共掺杂，实验结果表明，金属Ni掺杂可以增强TiO2的光催化效率，进一步掺杂氮后，Ni/N共掺使TiO2光催化效率进一步显著提高到了3.5倍，这主要是由于镍氮共掺杂的协同作用，理论计算也证实了其增强机理。我们还运用原子层沉积法制备了二氧化钛量子点－石墨烯复合光催化剂，其光催化性能比商业的P25二氧化钛增加了一倍,并研究了其增强机理。以上工作表明原子层沉积能够有效地应用在TiO2光催化剂上，为以后设计更优良的TiO2光催化剂提供依据。.另外，我们还运用原子层沉积对锂电池电极材料进行改性修饰,包括原子层沉积TiO2和V2O5薄膜制备TiO2/V2O5/碳纳米管复合电极材料，原子层沉积薄膜修饰LiCoO2/多壁碳纳米管复合电极材料，原子层沉积薄膜制备SnO2/石墨烯复合电极电极，原子层沉积薄膜修饰SiNPs/C/聚丙烯腈复合电极，以及通过原子层沉积法进行Al掺杂和Al2O3薄膜包覆以及AlF3薄膜包覆，实现对钴酸锂正极材料的修饰改性。这些工作都表明，原子层沉积技术可以用来设计合成新的电极材料，或者对电极表面进行涂层修饰，从而改善电池的相关性能。