МОСКОВКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
имени М. В. ЛОМОНОСОВА
______________________________________________________
ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Кафедра общей физики и молекулярной электроники
МИННЕХАНОВ АНТОН АНУРОВИЧ
Парамагнитные свойства легированного азотом диоксида титана
КУРСОВАЯ РАБОТА
Научный руководитель:
доктор физико-математических наук,
профессор Константинова Е.А.
Москва, 2012
Оглавление
Введение. 3
Глава 1. Литературный обзор. 5
1.1 Структура и свойства диоксида титана. 5
1.2 Фотокатализ. 6
1.3 Использование TiO2 как фотокатализатора. 10
1.4 Легированный диоксид титана. 11
1.5 ЭПР-спектроскопия. 13
1.6 Исследование TiO2 методом ЭПР. 16
1.7 Постановка задачи исследования. 17
Глава 2. Методика эксперимента. 18
2.1 Исследуемые образцы. 18
2.2 Измерения методом электронного парамагнитного резонанса. 18
Глава 3. Обсуждение экспериментальных результатов. 19
3.1 Сравнительное исследование парамагнитных свойств образцов, полученных методом пиролиза аэрозолей и золь-гель методом. 19
Основные результаты и выводы. 27
Список литературы 28
Введение.
На сегодняшний день существует достаточно острая проблема, связанная с очисткой различных веществ от органических примесей. Например, большинство вод в московских водоемах не соответствуют критериям качества питьевой воды, и поэтому нуждаются в дополнительной очистке и обеззараживании. Источники, залегающие на глубине менее 100 м, также нередко оказываются загрязненными. В условиях этой экологической проблемы все более актуальным становится вопрос выбора устройств и технологий, обеспечивающих оптимальную очистку и обеззараживание загрязненной воды.
Метод фотокатализа начал использоваться для очистки сточных вод и загрязненного воздуха относительно недавно, но уже зарекомендовал себя, как экономичный и эффективный способ удаления органических загрязнений. Одним из перспективных материалов для фотокатализа является диоксид титана TiO2. Столь большой интерес к данному соединению обусловлен прежде всего его физико-химическими свойствами. Так, площадь удельной поверхности нанокристаллического TiO2 может достигать сотен квадратных метров на грамм вещества. Кроме того, данное вещество является эффективным фотокатализатором для целого ряда химических реакций и широко используется в качестве фильтров для очистки воды и воздуха от токсичных органических примесей.
Основным недостатком обычной технологии очистки на базе диоксида титана является слишком медленная скорость фотокатализа при естественном освещении. Это является следствием широкой запрещенной зоны TiO2 и недостаточной энергии большинства квантов солнечного излучения. Чтобы попасть в зону проводимости, электрон, необходимый для каталитической реакции, должен получить энергию не менее 3,2 эВ (в случае диоксида титана), соответствующую длине волны  390 нм (ультрафиолетовое излучение). Так как доля ультрафиолетового (УФ) излучения в солнечном спектре мала (порядка нескольких % на уровне моря), в очистительных приборах необходимо использовать лампы УФ света, что значительно усложняет конструкцию и увеличивает стоимость прибора.
Для решения этой проблемы прибегают к различным модификациям структуры TiO2. Главным образом, применяют допирование матрицы материала ионами переходных металлов, а также неметаллами, такими, как углерод, азот и др. В результате такой модификации в запрещенной зоне полупроводника возникают локальные уровни энергии, через которые реализуется примесное поглощение света. Это позволяет осуществлять процессы фотокатализа, используя основную часть солнечного излучения, а не только ультрафиолетовый хвост.
Большинство исследователей считают, что возможность провести фотокатализ при видимом свете появляется благодаря возникновению дефектов в кристаллической решетке материала. Эти дефекты, возникающие в результате допирования, являются, как правило, парамагнитными, что дает возможность их исследования методом электронного парамагнитного резонанса (ЭПР).
В данной работе с помощью метода ЭПР исследуется природа и свойства парамагнитных центров допированного азотом диоксида титана (N-TiO2), впервые полученного методом пиролиза аэрозолей.
|
