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第1章 绪论1

1.1 半导体光催化作用原理2

1.2 光催化动力学过程5

1.3 光催化剂的种类9

1.3.1 具有d0电子构形阳离子的氧化物光催化剂9

1.3.2 影响d0金属氧化物的光催化活性的因素13

1.4 光催化过程的第一原理研究14

1.5 光催化剂的应用17

1.5.1 有机污染物的处理17

1.5.2 无机污染物的处理17

1.5.3 太阳能转化和利用18

1.6 光催化研究现状18

1.6.1 掺杂18

1.6.2 材料表面改性19

1.6.3 应用外部条件来控制TiO2的形成和光催化过程19

1.6.4 使用异质结形态的光催化剂20

1.6.5 使用染料敏化的可见光诱导方式20

1.6.6 使用其他光催化剂利用可见光21

1.6.7 TiO2纳米结构材料21

1.7 TiO2薄膜的制备方法简介22

1.7.1 溶液法22

1.7.2 溅射法22

1.7.3 磁控溅射法制备自洁净玻璃的应用前景23

参考文献23

第2章 半导体物理基础32

2.1 半导体中载流子的平衡浓度32

2.2 半导体光吸收的特征36

2.3 非平衡载流子和复合过程42

2.4 输运现象46

第3章 异相光催化的热动力学基础和论证50

3.1 理论描述51

3.1.1 Gibbs自由能变化和能量损失51

3.1.2 隙、温度、载流子扩散长度和光强对△G的影响53

3.1.3 表面复合和界面迁移对△G 影响55

3.2 利用光催化过程中△G评价光催化过程55

3.3 TiO2薄膜光电导的测量及其与｜Fn-Fp｜的关系60

3.3.1 本征和无电离的情形62

3.3.2 n半导体62

3.3.3 p型半导体63

3.4 光电导和光催化效率之间的关系63

3.4.1 实验描述和相关数据表征63

3.4.2 Raman表征64

3.4.3 XPS分析66

3.4.4 UV-vis分析66

3.4.5 PL光谱分析67

3.4.6 光电导和暗电导的测试表征69

3.4.7 光催化活性表征71

3.5 分析和讨论72

3.6 小结76

参考文献76

第4章 光生载流子的功效应与光催化效果的关系及双光束诱导光催化79

4.1 N掺杂TiO2的结构和光催化效应研究79

4.1.1 实验部分79

4.1.2 实验结果79

4.1.3 分析和讨论84

4.2 V掺杂TiO2的结构和光催化效应研究85

4.2.1 实验部分85

4.2.2 实验结果85

4.2.3 分析和讨论88

4.3 光学强度的变化与光催化性能的关系89

4.3.1 实验部分89

4.3.2 实验结果89

4.4 TiO2双光子吸收92

4.4.1 实验部分93

4.4.2 实验结果93

4.5 双光束诱导光催化过程96

4.5.1 实验部分97

4.5.2 实验结果97

4.6 双光束诱导在气相光催化中的应用103

4.6.1 实验部分103

4.6.2 实验结果103

4.7 小结104

参考文献104

第5章 半导体光催化动力学的数学物理研究107

5.1 纳米TiO2颗粒的光催化动力学模型107

5.1.1 半导体中光生载流子的输运过程108

5.1.2 表面复合和界面迁移110

5.1.3 表面载流子连续性条件113

5.1.4 分析和讨论114

5.1.5 小结117

5.2 TiO2纳米管阵列的光催化动力学模型119

5.2.1 理论模型120

5.2.2 表面复合和空穴界面迁移122

5.2.3 分析和讨论125

5.2.4 小结131

参考文献132

第6章 光催化动力学分析——缺陷和反应器参数的影响136

6.1 缺陷对光催化动力学的影响136

6.1.1 理论模型描述137

6.1.2 光生空穴在表面上的产生137

6.1.3 表面复合和界面迁移138

6.1.4 表面处连续性条件和量子效率140

6.1.5 分析和讨论140

6.1.6 小结143

6.2 圆柱形反应器的异相光催化动力学分析144

6.2.1 光催化反应器中的光学传输145

6.2.2 间接迁移模式148

6.2.3 特征强吸附的情形149

6.2.4 分析和讨论150

6.2.5 小结154

参考文献156

第7章 开路短路、外加偏压和构建微宏观异质结的光催化过程159

7.1 TiO2开路与短路情形下光催化过程159

7.2 外加偏压对光催化的影响163

7.2.1 分析和讨论163

7.2.2 小结169

7.3 TiO2-CeO2复合半导体微观异质结的光催化169

7.3.1 实验部分170

7.3.2 实验结果170

7.3.3 分析和讨论176

7.3.4 光生载流子的迁移过程177

7.3.5 小结179

7.4 TiO2/WO3叠层薄膜的光催化过程179

7.4.1 实验部分179

7.4.2 分析和讨论181

7.4.3 XPS分析183

7.4.4 小结187

参考文献187