金屬氧化物

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金屬氧化物范文第1篇

The MOS System

2015

ISBN9781107005938

氧化物半導體是具有半導體特性的一類氧化物。氧化物半導體的電學性質與環境氣氛有關。導電率隨氧化氣氛而增加稱為氧化型半導體，是p型半導體;電導率隨還原氣氛而增加稱為還原型半導體，是n型半導體;導電類型隨氣氛中氧分壓的大小而成p型或n型半導體稱為兩性半導體。

本書主要介紹了金屬氧化物半導體的結構、頂尖的模型、新穎的現象、目前遇到的瓶頸和挑戰以及金屬氧化物半導體系統在晶體管方面的應用、性能提升等內容。基于基礎的靜電學理論，書中介紹了理想化的金屬氧化物半導體系統、物理性質、高介電氧化物的電學性質、介電常數，以及高介電材料的物理性質表征方法等內容。

全書共3部分，14章。1.前言，介紹了金屬氧化物半導體技術的發展、高介電材料、金屬氧化物半導體的表征等內容。第1部分 基本性質，含第2-5章：2. 金屬氧化物半導體體系的基本性質;3. 柵層疊的基本性質;4. 金屬氧化物半導體材料界面的電子狀態;5. 塊狀氧化物陷阱對電子的捕獲能力。第2部分 表征技術，含第6-9章：6. 費米探針技術對材料電學性能的表征方法; 7. 材料在熱流狀態下的電學性能表征;8. 氧化物或硅的能級排列表征方法：內部光電效應和X光光電子能譜（XPS）表征;9. 基于電子自旋的方法介紹。第3部分 金屬氧化物半導體系統，含第10-14章：10. 二氧化硅介電材料的金屬氧化物半導體系統;11. 高介電材料的金屬氧化物半導體系統;12. 金屬柵極相關內容介紹;13. 柵氧化層的電子傳輸特性及電流泄露;14. 高遷移率通道材料中的金屬氧化物半導體系統研究。

本書的作者Olof Engstrm供職于瑞典哥德堡的查爾姆斯工業大學，在超級電容器、金屬氧化物半導體技術和傳感器等領域有很多研究成果，主要研究半導體量子結構和界面。

本書的讀者群為電子學、電子元器件、金屬材料、納米電子器件等專業的學生及研究人員。

彭金平，博士生

（國家納米科學中心）

Peng Jinping， Ph.D

金屬氧化物范文第2篇

關鍵詞：帶電檢測；裝置改進；金屬氧化物避雷器；電力設備；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2016）35-0040-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.35.019

隨著我國近年來的經濟發展，我國的工業、民用等用電設備都對電力網的穩定性提出了更高的要求。過去我國由于受科技水平的限制，一直采取停電檢測的方式來判斷電力網的可靠性，但是停電檢測對整個電力系統壽命、供電需求等都造成了較大的影響，所以近年來在金屬氧化物避雷器帶電監測裝置廣泛應用之后，帶電檢測已經成為了常用的方法。金屬氧化物避雷器帶電測試裝置是現代帶電檢測中常用的裝置，但是傳統裝置使用過程中存在一些問題，一方面對檢測結果產生影響，另一方面也對工人的工作量和安全造成影響。下文對傳統的測試裝置進行分析和討論。

1 傳統測試裝置構造和缺點簡述

傳統金屬氧化物避雷器帶電測試裝置由絕緣操作棒和金屬掛鉤構成，通常金屬掛鉤為T型，操作過程一般將導線和T型掛鉤連接，然后將接出線和避雷器的底座鏈接，檢測儀電流讀數歸零。傳統的測試裝置使用過程主要的問題就是因為T型掛鉤在和導線連接的過程中很容易出現接觸不良的情況。最常見的情況就是在裝置連接過程中，因為兩個導線一般底座接出線受力時，掛鉤接出線還處于松弛狀態，掛鉤連接線如果存在銹蝕、老化、絕緣皮包裹等情況就會出現接觸不良。另外，掛鉤由于自身結構形狀并沒有很好的穩定性，很容易在連接引出線或者測試過程中出現滑動、歪斜現象，造成脫鉤、墜落問題，一方面影響測試準確性；另一方面也會造成使用過程中安全性缺失。此外，在一些無法使用掛鉤的站內，需要人員登高作業將測試導線夾在引出線上，這樣就大大增加了人員的勞動量，且這種情況下無法保證人員與帶電體的安全距離，極大地增加了觸電風險。

綜上所述，筆者認為傳統測試裝置之所以產生這些問題都是因為T型掛鉤在某種程度上并不能夠很好地適應檢測工作的使用，所以對其進行改進或者裝置增設是一個比較合適的問題解決方向。

2 改進裝置介紹

本次研究對金屬氧化物避雷器帶電測試裝置的T型金屬掛鉤進行改進，將其改進成“鴨嘴型”，并輔以彈簧裝置。為了實現操作簡單、可靠性、安全性高等目的，本次裝置改進工作采用了彈簧蓄能裝置，在開合過程都是利用機械彈簧原理將能量收集后釋放，達到完美的卡扣開合功能。裝置簡圖如圖1所示，圖中部分裝置序號解釋：絕緣操作棒11、上鉗口1、下鉗口2、活動鉗口3、鉗口凹形支架7、活動導向鉗口螺紋頂桿9、伸縮彈簧8、伸縮桿固定工件10、固定板12、導線防擺動線夾14、接線端子15、接線端子16。

裝置實施過程簡述：

第一步：使用前：通過絕緣操作棒11轉動頂桿9，使導向鉗口螺紋頂桿9對鉗口凹形支架4相對向下移動，釋放彈簧5和彈簧8，下鉗口2與上鉗口1受力分離張開，打開鉗口。

第二步：使用時壓緊在導體上：時針轉動絕緣操作棒11，頂桿9與凹形支架7由于內部的螺紋產生相對運動，使頂桿9對凹形支架7做向上運動，使得凹形支架7與伸縮桿固定工件10相對靠近，并壓縮彈簧8，同時由于上鉗口與凹形支架相對固定，頂桿向上運動時將向上帶動下鉗口，同時壓縮彈簧5，實現夾緊。由于絕緣操作棒11的重力作用，在夾緊后可將絕緣操作棒11放置在地面上并保持夾緊狀態。

第三步：使用后解除夾緊狀態，退出：順時針旋動絕緣操作棒11，使頂桿9向下運動，同時釋放彈簧8和彈簧6壓力，下鉗口2受彈簧5壓力張開，裝置退出。

操作方法：使用前，先將測試導線與裝置的固定導線螺絲緊密連接。使用時，將絕緣操作棒順時針轉動，將帶動頂桿相對凹形支架做向下移動，同時釋放彈簧并保持在待儲能狀態，然后將裝置卡入需要連接的導體上，然后逆時針轉動絕緣操作棒，則頂桿向上移動，彈簧充能，帶動下鉗口閉合并將線夾壓緊在導體上，不易松動脫落，實現安全可靠。當需要解除連接時，順時針擰動絕緣操作棒，裝置上的彈簧機構將帶動鉗口打開，隨著線夾松開而解除夾緊狀態，取下絕緣操作棒。

3 分析和討論

3.1 改進依據

本次裝置改進基于傳統測試裝置使用過程中出現的問題，通過簡單的結構改變和裝置增設來實現目的。裝置的改進筆者在某種程度上參考了高壓接地線連接裝置，其中夾緊裝置和目前電力行業使用中的高壓接地線的線夾具備一定的結構類似性。傳統裝置的操作相對于改進裝置要簡單一點，但是工作量相對來說要大得多，因為傳統裝置使用過程中要全程關注裝置的固定效果和接觸效果，假如出現接觸不良情況，就要不斷重復拆下、檢查和安裝等步驟，對一線的操作工人工作量和工作效率都造成了很大的困擾，這也是造成人員疲勞事故發生的一個重要因素。故此改進裝置一定要解決這類問題，夾緊裝置通過彈簧和鉗口的配合使用，實現了測試過程中解放操作人員雙手的目的，有效地減少了工

作量。

3.2 裝置改進效果

預夾緊裝置是本次改進過程的最大亮點，增加了預夾緊裝置后，在工人進行測試導線連接工作時，只需要轉動絕緣棒，夾緊裝置即可實現連接工作，并且該裝置是將導體和導線通過金屬鉗口連接，避免了連接不良情況的出現。連接后，線夾和導體基本處于理想位置，不會由于外界風力、重力等問題造成位置不良，避免了檢測過程中的裝置滑動、歪斜等問題也減小了角度對測試結果產生的影響，極大程度上增加了檢測的準確性和安全性，也是改進工作實現裝置可靠性的基本結構。另外，預夾緊裝置有效地解放了全程檢測過程中的操作人員，雖然仍需操作人員全程跟蹤和參與，但不是全程時時參與，操作人員可以在檢測間隙進行適當的休息，避免出現疲勞事故。

3.3 不足和展望

雖然本次改進通過改進夾緊裝置對檢測設備進行了升級，有效地解決了傳統設備的問題，但是筆者在經過測試之后還發現改進裝置仍然存在部分問題和改進空間。例如夾緊裝置是新改進裝置，在對操作人員的講解和培訓過程中不單單要講解操作方法，更應該提供一定的原理解釋；夾緊裝置采用彈簧作為儲能裝置，在日常檢測過程中，由于自然條件和保存條件的不同，夾緊裝置的實際使用壽命仍待考證，筆者認為可以給夾緊裝置添加硅膠或者塑料保護套，一方面能夠避免線夾損壞；另一方面也能夠避免絕緣操作棒的絕緣擊穿。由于目前絕緣操作棒的特性，夾緊裝置不能和絕緣操作棒分離出來，若需分離出來只能破壞絕緣操作棒，容易造成資源浪費，所以筆者也在改進和研發可替換式操作棒固定工件，替換不同電壓等級、不同高度的試驗所需不同規格的絕緣操作棒。夾緊裝置在操作過程中仍然需要人力對抗機械彈簧能，所以筆者也在對下次帶自動鎖緊的預夾緊裝置進行改進和研發，通過機械閉鎖的方式來實現裝置的開合和鎖閉操作。

筆者通過改進金屬氧化物避雷器帶電測試裝置也有一些感悟，我國當前的電力設備中很大一部分都是沿用發達國家的技術，其中一部分裝置和設備對我國的電網適應性并不好，所以筆者認為借鑒和引用技術應該適當地結合實際的使用環境來進行升級和改造，讓其更具備適應性。另外，該夾緊裝置雖然能夠讓線夾和導體處于相對理想的位置，但是在測試過程中筆者仍然發現存在一定的檢測死角，這也是對檢測結果可能造成影響的因素之一。

參考文獻

[1] 周新軍，楊娟，黃洪波，蒯強.帶電檢測在金屬氧化物避雷器狀態檢修中的應用[J].湖南電力，2016，（1）.

金屬氧化物范文第3篇

【關鍵詞】 負載型金屬氧化物 煤制備氫氣

1 引 言

煤熱解產生的富氫氣體經過富集和純化，得到的氫氣既可作為氫燃料電池或航空航天發動機的燃料，也可以作為化工原料，還可用于改善其它氣體燃料的燃燒性能等，用途廣泛。所以，用熱解煤的方法生產的潔凈或改質的燃料，既能減少燃煤造成的環境污染，又能充分利用煤中所含的較高經濟價值的化合物，具有保護環境、節能和合理利用煤炭資源的廣泛意義。目前，對于煤熱解制備氫氣相應的催化劑還沒有系統的研究。本實驗以γAl2O3載體負載系列氧化物為催化劑，對煤熱解制備氫氣反應進行研究，比較了不同負載型氧化物催化劑對煤熱解產生氫氣的催化反應活性的差異。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑 D/max2500TTRⅢ型X射線衍射儀;ST2000比表面測定儀;HCT2熱重分析儀;SP2000氣相色譜儀(北京北分天普儀器技術有限公司)。所用硝酸鹽試劑均為分析純，γAl2O3(天津化工研究設計院)。

2.2 催化劑的制備 金屬氧化物負載型催化劑MXOY/γAl2O3采用等體積浸漬法制備。所需金屬氧化物前驅體的量按金屬單質含量計算，金屬負載量為5%，催化劑的粒度為200目。

2.3 催化劑的表征 采用ST2000比表面積與孔徑測定儀測定催化劑的比表面積。此儀器采用低溫氮氣吸附對比法，分別測定標準樣品和待測樣品氮氣吸附量，然后根據標準樣品的比表面積計算得到待測樣品的比表面積。采用差熱天平高溫型HCT2熱重分析儀器進行TGDTA 研究。載氣為高純氮氣，升溫速率為100 ℃/6 min， 從室溫線性升溫至950 ℃。采用TTRⅢ型X射線分析催化劑物相結構，入射光源為Cu靶，將粉末置于載玻片上加壓制成片狀，掃描范圍2θ為10°～70°以及10°～90°，掃描速率8°/min。

2.4 催化劑活性評價 煤熱解制備氫氣的反應在固定床程序升溫熱解爐中進行，原料為神華電廠動力煤，元素組成為C 67.07%， H 2.71%和N 0.59%。稱取煤樣20 g，催化劑添加量為煤樣的2%，將兩者將通過物理混合的方式充分混合后，放置于熱解爐的恒溫區，由室溫升至950 ℃，加熱速率為15 ℃/min，熱解氣體經過除塵、干燥裝置后收集，采用氣相色譜法對熱解所產生的氫氣進行分析。氣相色譜儀為經實驗室改造成能夠檢測H2， CH4， CO等氣體的專用色譜儀。

3 結果與討論

3.1 催化劑篩選 在不同類型催化劑存在的條件下，熱解產生的氣體通過氣相色譜法分析。在約400 ℃時，NiXOY的催化活性最強，而CoXOY則在800～900 ℃催化活性最強。其它催化劑的催化活性表現一般。為了更好地研究CrXOY， AgXOY， NiXOY和CoXOY對煤熱解制氫過程的催化機理以及氧化物的最終形態，分別通過XRD， BET和TGDTA進行詳盡的研究。n型過渡金屬氧化物，如CrO3和AgO，在400～700 ℃內，表現出了中溫催化性能;p型過渡金屬氧化物，如Co3O4，在 800～950 ℃內，表現出了良好的高溫催化性能。

金屬氧化物范文第4篇

關鍵詞：金屬氧化物避雷器；交流幅頻特性；阻性、容性電流；測試

中圖分類號：TM862 文獻標志碼：A 文章編號：1007-2683（2017）01-0015-06

0 引言

金屬氧化物避雷器MOA（Metal Oxide Arrester）具有體積小、造價低、保護性能優越、優異的非線性特性、通流量大、殘壓低等優點，是電力系統中重要的過電壓保護設備。同時由于具有良好的能量吸收能力及電壓非線性特性，作為過壓保護，吸收浪涌電流元器件，氧化鋅壓敏電阻器被廣泛應用于電子、電力系統。但是，MOA在運行期間會受到各種過電壓以及外界環境因素（污濁、潮濕等）的影響而使其電氣性能劣化，嚴重時會導致避雷器的爆炸，嚴重影響系統的正常運行。金屬氧化物避雷器絕緣性能的任何老化，都可能導致其泄漏電流中的阻性電流成分增大、功率損耗提升，MOA阻性電流反映了避雷器運行狀況，所以現對MOA的研究方向主要關注于對運行中的MOA阻性電流進行離線測試和在線監測。MOA的阻性電流提取方法主要有：基波法、容性電流補償法、三次諧波法、相位比較法等。應用于交流電網保護電路的MOA元件長期處于交流負荷作用下，所以對MOA元件交流特性的研究也十分必要。本文對MOA閥片在不同頻率、幅值的交流激勵電壓作用下，通過對其響應電流的測試與分析，得到I-f、IR-f的基本特征曲線，以及jR-E、D-E和相應歸一化后的特性曲線，對MOA元件交流幅頻特性進行了研究。

1 MOA交流并聯等效電路與測試系統

通常簡化的MOA非線性并聯電路模型是由圖1（a）所示的非線性電阻和線性電容并聯構成，其中R為非線性電阻，C為線性電容，iR（t）與iC（t）分別為阻性電流與容性電流。但其所包含的非線性信息可能不完全，為了進一步研究和完善MOA的等效電路模型，我們建立了一個如圖1（b）所示的非線性電阻和非線性電容并聯的等效電路模型來作為本文索采用的MOA改進等效電路并對其進行初步驗證.其中：Gx（u）為關于外施激勵電壓的非線性等效電導；Cx（u）為關于外施激勵電壓的非線性等效電容；iR（t）為流過MOA的阻性電流；iC（t）為流過MOA的容性電流；i（t）為MOA的總的泄漏電流；u（f）為外施激勵電壓。

非線性電導Gx（u）和非線性電容Cx（u）用激勵電壓u（t）的多項式形式來表征。根據國內外學者對非線性材料介電譜的研究，響應電流中含有諧波分量，同時考慮到MOA中不存在濾波和整流效應，電流中只含有奇次諧波分量，根據三角函數的倍角公式可知，奇次諧波可以展開成基波的奇數次方多項式，如式（1）所示。通過采用電壓偶數次多項式描述的電導率和相對介電常數的計算就可以得到僅含奇次諧波分量的阻性電流和容性電流，因此多項式中只采用u（t）的偶次項。

sin3θ=3sinθ-4sin3θ （1）

所以設定非線性電導Gx（u）與電壓u（t）的關系為

（2）式中n=0，1，2，……；Gx，2k為Gx（u）對應的第2k個電路參數。

與之相對應的阻性電流iG（t）為

（3）

非線性電容Cx（u）與電壓u（t）的關系為

（4）式中n=0，1，2，……；Cx，2k為Cx（u）對應的第2k個電路參數。

與之相對應的容性電流iC（t）為

（5）

所以，流過MOA的總泄漏電流i（t）為

（6）

由此可知，響應電流i（t）是關于外施激勵電壓u（t）的非線性方程。

對于MOA的交流特性測試，由于其非線性特性，無法構造電橋，所以采用直接法進行測量，即直接測量激勵電壓和響應電流波形。因此，本文建立了主要包含激勵電壓源、測試主回路以及基于PC+DAQ信號采集3部分的測試系統。測試系統原理圖如圖2所示。

激勵電壓源部分由信號發生器（AFG3252）和高壓線性放大器（Trek Model 10/40A-HS）構成，信號發生器可以發出低壓波形，經由高壓線性放大器放大，輸出實驗所需要的高電壓信號。測試主回路由被測試樣和高精密采樣電阻組成。信號采集部分由DAQ采集卡和包含虛擬儀器測試平臺的Pc機組成，能夠實現激勵電壓和響應電流時域波形的高速、高精度同步采集。

利用上述測試系統，可以實現對金屬氧化物避雷器的激勵電壓和響應電流的時域波形的測試。將市售的MOA閥片切割成厚度為5 mm，直徑為42 mm的樣品做為實驗試樣，對試樣施加頻率為50 Hz、幅值為1300 V的標準正弦波，得到如圖3所示的激勵電壓和響應電流的測試結果。

由圖3可見，對金屬氧化物避雷器施加標準正弦激勵電壓，其響應電流不再是標準正弦波，而電流中有諧波分量。為了表征MOA交流介電特性，必須獲得有關材料的交流電導和極化的信息，這些信息包含在響應電流中的阻性成分和容性成分之中。所以，本文采用文所提出的基于多元線性回歸的總電流分解的方法，通過前面給出的阻性電流以及容性電流關于激勵電壓的時域關系式，參照激勵電壓在時域上將其響應電流分解如圖4所示的阻性電流的時域波形和容性電流的時域波形（以激勵電壓頻率為50 Hz，幅值為1 300 V為例）。

由圖4可見，在標準正弦波激勵電壓作用下，其阻性電流、容性電流的波形也都為非標準正弦波，含有諧波分量。

2 試驗結果與分析

首先，對試樣的直流伏安特性進行了測試，得到了電流密度J與電場強度E的關系曲線，結果如圖5所示。

由圖5可見，該試樣的J-E特性曲線具有典型的非線性特性，因此采用該試樣作為本文試驗的測試對象。

2.1 交流電壓幅值對MOA介電性能的影響

通過圖2所示的實驗系統對試驗試樣分別在激勵電壓頻率為50 Hz、100 Hz、300 Hz、500 Hz、700 Hz和1000Hz以及幅值為800V、900V、1000V、1100V、1200 V和1300 V的條件測的響應電流的時域波形，計算出相應的響應電流的有效值，得到如圖6所示的在不同激勵電壓幅值下，響應電流有效值隨頻率變化的關系曲線。由圖6可見，在相同頻率下，響應電流的有效值隨激勵電壓幅值的增加而增加。

MOA元件性能變化體現在其阻性電流的變化上，通過對響應電流的分解，得到不同激勵電壓幅值與頻率下的阻性電流的時域波形，計算出相應的阻性電流的有效值，得到如圖7所示的在不同激勵電壓幅值下，阻性電流有效值隨頻率變化的關系曲線。

由圖7可見，在相同的頻率下，阻性電流的有效值隨激勵電壓幅值的增加而增加。分析出現這種現象的原因是：在頻率相同時，電壓幅值越大，電場對時間導數的越大，電場變化的速度越快，根據界面極化原理，MOA元件上場強就越大，電導率比相同電壓下電壓幅值小的電導率要大，所以其阻性電流密度隨著電壓幅值的增大而增大。

2.2 交流電壓頻率對MOA介電性能的影響

對于MOA材料而言，消除被測試樣的幾何結參數的影響，采用電流密度隨電場強度變化的特性曲線來描述其非線性特性。根據已經測得的激勵電壓時域波形、分解后得到的阻性電流時域波形以及被測試樣的幾何結構參數，可以得到阻性電流密度一電場強度（jR-E）的曲線。本文被測的MOA閥片試樣在不同頻率下的jR-E特征曲線如圖8所示。

由圖8可見，MOA閥片的阻性電流密度隨電場強度的變化表現出非線性，不同頻率相同電場強度下所表現的非線性特征不同，隨著頻率的增高，對應電場強度下的阻性電流密度增大。分析出現這種現在的原因是：由于MOA元件的晶界處存在界面極化現象，在電壓幅值相同時，MOA元件的交流等效電導率會隨著頻率的升高而顯著增大，所以隨著頻率的增高，對應電場強度下的阻性電流密度增大。從圖8還可以觀察到，隨著頻率的增加，阻性電流密度隨電場強度變化的特性曲線的非線性程度愈加的不明顯。為了使它們之間的可比性更明顯、更強，同時又能夠保持不同頻率下相比較的曲線之間的相對關系，通過如式（7）所示的最大最小值法對其進行歸一化處理，

（7）將不同頻率下阻性電流密度隨電場強度變化的數據都歸一化到[0，1]范圍內，得到如圖9所示的歸一化后的不同頻率下阻性電流密度與電場強度的特性曲線。

由圖9可見，頻率越高，阻性電流密度隨電場強度變化曲線的非線性程度越不明顯。我們知道流過MOA元件響應電流中的阻性成分由電導電流和松弛極化電流中的阻性電流構成，分析圖9現象產生的原因為：在低頻區域，松弛計劃能夠得以完全建立，所以阻性電流中包含有松弛極化電流中的阻性成分，而在高頻區域，松弛計劃跟不上外電場的變化，松弛極化不能夠完全建立，阻性電流中包含松弛極化中的阻性成分變少，所以出現在低頻區域阻性電流密度隨電場強度變化曲線的非線性程度較大、高頻區域阻性電流密度隨電場強度變化曲線的非線性程度較小的現象。

同理為了消除被測試樣的幾何結構參數的影響，采用電位移隨電場強度的變化曲線來描述其非線性特性。將分解得到的容性電流在時域上進行積分，得到電荷量的時域波形。再根據電場強度的時域波形以及被測試樣的幾何結構參數，得到不同頻率下的D-E特征曲線如圖10所示。

由圖10可見，MOA閥片的電位移隨電場強度的變化也表現出非線性，不同頻率相同電場強度下所表現的非線性特征不同，隨著頻率的增高，對應電場強度下的電位移減小。分析當溫度一定時，在低頻區域，松弛計劃能夠得以完全建立，此時介電常數最大，隨著頻率的增加，松弛極化跟不上外施電場的變化，松弛計劃不能夠完全建立，介電常數減小，在相同的電場強度下，電位移與介電常數的變化規律一致，所以隨著頻率的增高，對應電場強度下的電位移減小。同樣，對圖10進行歸一化處理，得到如圖11所示的歸一化后的不同頻率下阻性電流密度與電場強度的特性曲線和不同頻率下電位移與電場強度的特性曲線。

由圖11可見，在不同頻率下，電位移隨電場強度變化的曲線沒有出現和阻性電流密度與電場強度的特性曲線相似的規律；而且觀察圖10和圖11在低場強區域出現了特性曲線存在交叉重合的現象，分析出現這種現象的原因可能是由于分解得到容性電流算法的精度和低場區試驗測試誤差相近造成的，后續應該提高電流分解算法的精度以及低場區試驗測試的精度。

金屬氧化物范文第5篇

關鍵詞：二氧化鈦 光催化氧化 污染物

Abstract: The photocatalytic technology in the processing of pollutants and has broad prospects, This paper reviews the principle of TiO2 photocatalytic oxidation of TiO2 catalyst preparation and powder type and load two forms of TiO2 photocatalytic oxidation of organic pollutantsthe application and its research and development direction.

Keywords: titanium dioxide, light catalytic oxidation of pollutants

中圖分類號：X131文獻標識碼： A 文章編號：

光催化氧化技術作為一種高級氧化技術日益受到國內外學者的關注[1~4]。幾乎所有的有機物在光催化作用下可以完全氧化為CO2、H2O等簡單無機物。光催化氧化劑中尤以金屬氧化物半導體TiO2最為典型。目前國內外報道的利用TiO2催化氧化有機污染物技術中，主要是利用分散相的TiO2[5,6]和固定相的TiO2 [7,8]。利用半導體催化劑進行有機物氧化的光催化氧化對環境污染問題中突出的毒性大、難生物降解的直鏈烴類、鹵代芳香烴，如染料、農藥、油類等物質具有很好的氧化分解作用，能處理多種有機污染物。此外，又由于光催化反應具有反應條件溫和、設備簡單、二次污染小、易于操作控制、對低濃度污染物具有很好的去除效果等優點，半導體光催化反應技術已成為污染控制化學研究的一個熱點，是目前光化學方法用于污染控制的諸多研究中最活躍的領域。

TiO2的光催化氧化機理

目前TiO2光催化激勵尚不成熟，一般認為光催化氧化法是以n型半導體的能帶理論為基礎。半導體粒子的能帶結構一般都是由價帶與導帶構成，他們之間有禁帶分開。價帶上一般是填滿了電子，為低能狀態，導帶上為空，但其為高能狀態。當以能量等于或大于半導體的禁帶寬度（帶隙能）的光照射半導體時，價帶電子被激發，越過禁帶進入導帶。在導帶上產生帶負電的高活性電子（e-），而在價帶上留下帶正電荷的空穴（h+），由此形成電子---空穴對，并向TiO2粒子表面遷移最終產生具有強氧化能力的羥基自由基（·OH）和活性氧（O2-），從而使有機化合物最終被降解為CO2和H2O。

反應式如下：

TiO2TiO2（e--+h+）

OH - +h+·OH

H2O+h+·OH+H +

O2+e-O2-

O2-+H2O ·OOH+OH –

2·OOHH2O2+O2

·OOH+H2O+e- H2O2+OH –

H2O2+e-·OH+OH –

光催化劑TiO2的制備

粉末型TiO2的制備[9]

近幾年來，由于對TiO2的廣泛深入研究，目前，制備粉末TiO2的方法很多，可概括為氣相法和液相法。

（1） 溶膠-凝膠法[10,11]。

（2） 醇鹽水解法[12,13]。

（3） 沉淀法[14]。

（4）水熱合成法[15]。

負載型TiO2的制備

隨著研究的深入,人們很快地發現懸浮態的半導體體系存在著催化劑難以回收、容易中毒,當溶液中存在著高價陽離子時,催化劑不易分散等缺點。這些缺點使得該體系難以成為一項實用的技術，于是人們把焦點轉向固定態催化劑的研究和制備。Yin Zhang等分別以石英砂、硅膠、玻璃粒子、玻璃纖維等作為固定床對TiO2光降解三氯乙烷進行了研究和比較，結果發現同分散相相比,降解率有所提高。硅膠效果最佳,降解率可達分散相的3倍[16]。近兩年,國內在固定相方面的研究也相當活躍,而且結果表明效果都比分散相好。目前研究的催化劑固定方法主要有兩種：一種是直接將催化劑固定在反應容器內壁上；另一種是將催化劑固定在催化劑在體表面。所選用的催化劑載體大都具有質輕、比表面積大、能漂浮或固定于水中等特點，包括輕質玻璃球、玻璃纖維、砂、吸附劑（活性炭等）、硅膠等。常見的催化劑固定方法有陰極電沉積法、溶液浸漬法、溶膠—凝膠法、有機化學氣相沉淀法等。

光催化劑TiO2的應用

粉末型TiO2的應用

利用分散相的TiO2粒子懸浮在水溶液中作為催化劑，在紫外光照射下進行光催化反應，由于催化劑與反應物接觸表面大，所以降解效率高。一直以來，很多研究學者在實驗中都采用粉末型TiO2光催化劑，研究其在一些難降解的有機污染物方面的應用。

用于廢水處理。由于TiO2光催化劑在紫外光照射下能產生極具活性的羥基自由基（·OH）和活性氧（O2-），能有效的將廢水中的有機污染物氧化分解并最終礦化為無害的CO2，H2O和無機物。

負載型TiO2的應用

（1）用于廢水處理。不同于粉末型TiO2光催化劑，固定相TiO2是將TiO2負載于載體上，這樣用于廢水處理中就解決了催化劑難回收，難循環利用的問題。

（2） 用于處理垃圾填埋場滲濾液。

（3）環境凈化。TiO2在環境凈化中已有廣泛應用，如水質凈化方面已經產品化：泄漏油處理用的油分解玻璃珠,地下水、下水道污水處理用的有機氯化物處理用催化劑,防水生生物附著用的玻璃纖維布。

TiO2光催化氧化技術的研究發展方向

粉末型TiO2的研究發展方向

粉末狀TiO2顆粒細小,在廢水處理中易流失,回收困難.因此,對粉末TiO2催化劑進行一些改性以提高它的活性及可應用性是今后發展的主要方向。

（1）表面沉積貴金屬[25,26]。在TiO2表面沉積貴金屬,對提高其光催化反應效率和選擇性是很有效的。常用的貴金屬有Pt、Pd、Ag、Au、Ru、Nb等。在TiO2表面沉積適量的貴金屬有助于載流子的重新分布，電子從費米能級較高的半導體轉移到較低的金屬，直至二者的費米能級相同，從而形成俘獲激發電子的肖特基勢壘，避免了電子空穴的負荷，電子空穴得到了有效分離，最終提高了光催化劑的光量子效率。 如在載鉑二氧化鈦對3B艷紅染料溶液光催化降解性能的研究中發現TiO2表面擔載適量的金屬鉑后，對染料降解的催化活性有了明顯的提高[27]。

（2）表面耦合。耦合半導體是由2種不同禁帶寬度的半導體復合而成，其互補性只能增強電荷分離，抑制電子空穴的復合，擴展光致激光波長范圍，從而顯示出比單一半導體更好的穩定性。如SnO2與TiO2兩者的能級不同，光激發TiO2產生的電子從較高的導帶遷移至SnO2的較低的導帶。空穴的運動方向跟電子的運動方向相反，光生空穴則從SnO2的價帶遷移至TiO2的價帶,實現了電子和空穴的良好分離。

（3）表面敏化。敏化作用可以把電子注入半導體表面,從而擴展光催化劑的激發波長的響應范圍,使之有利于降解有色化合物。實驗研究表明,一些普通染料、葉綠素、腐殖酸等常被用作敏化劑，可在TiO2表面得到完全或部分降解。

（4）過渡金屬摻雜。在半導體中摻雜不同價態的金屬離子,不僅可以加強半導體的光催化作用,還可以使半導體的吸收波長范圍擴展至可見光區域。研究表明，Fe3+,Mo5+,Re5+,Ru3+,V4+,Rh3+等能提高材料光催化活性, Fe3+效果最佳。Li+,Al3+,Mg2+,Zn2+,Ga2+,Nb3+,Sn4+等則對光催化活型的影響較小[28]。

負載型TiO2的研究發展方向

固定態的TiO2，不存在回收困難的問題，但由于其負載在載體上，所以與污染物接觸的比表面積較粉末相的TiO2大大減小了，除了同樣對TiO2進行適當的改性以提高催化活性以外，選擇合適的載體，充分發揮載體的優勢也是十分必要的。另外，可以結合其它的一些處理污染物的方法，使固定相光催化氧化技術與其他技術聯用，從而更有效的對污染物進行處理。

（1）半導體復合[29]。

（2） 固定態光催化氧化技術與其他技術聯用。

（3）利用太陽光能做為光源。

參考文獻

[1] Wyness P. Performance of nonconcentrating solar photocatalytic oxidation.. Evirion. Sci &Technol .1994,28(3):435-442

[2] 黃慧莉. 納米TiO2光催化降解染料溶液的研究. 環境污染與防治，2002,24(3):140-143

[3] 黃艷娥, 琚行松. 納米二氧化鈦光催化降解水中有機污染物的研究進展. 化工環保，2002,22(1):23-27