表面雜質對銳鈦礦相TiO2(101)面吸附sp3雜化氣體小分子的影響.pdf

1、重慶師范大學碩士學位論文表面雜質對銳鈦礦相TiO2(101)面吸附sp3雜化氣體小分子的影響碩士研究生：陳小雨指導教師：馮慶教授學科專業(yè)：凝聚態(tài)物理學所在學院：物理與電子工程學院重慶師范大學二〇一七年三月重慶師范大學碩士學位論文中文摘要I表面雜質對銳鈦礦相TiO2(101)面吸附sp3雜化氣體小分子的影響摘要二氧化鈦，一直以其無毒無害、化學性質穩(wěn)定、光催化能力強、廉價易制備等優(yōu)良特性備受學者關注，也在解決能源利用以及環(huán)境治理問題等方面發(fā)

2、揮重要的作用。但是由于它有較寬的禁帶，只在紫外光區(qū)發(fā)生響應，對可見光的利用率很低，TiO2的光催化活性也相對較低。研究TiO2摻入雜質離子或表面吸附氣體分子的微觀特性，對于提高其光催化活性和為實驗的研究提供理論依據都具有重要意義。采用基于密度泛函理論（DFT）體系下的第一性原理平面波超軟贗勢法。首先，構建CuC、N、F分別單摻雜和共摻雜銳鈦礦相TiO2結構模型并進行模擬計算，研究其受主能級的協同作用特點。計算結果表明：CuN共摻雜體系和

3、Cu、N分別單摻雜體系對可見光利用效果均優(yōu)于其他體系。而由于Cu、N兩種元素產生的兩種受主能級協同作用導致CuN共摻雜體系對可見光的相應效果最佳。其次，又構建了NSc、V、Cr、Mn、Fe共摻雜銳鈦礦相TiO2結構模型并進行模擬計算。結果發(fā)現：各摻雜體系對可見光吸收能力的排序為NFeNCrNMnNScNVN。這一結果驗證了雙受主能級協同作用有利于光激發(fā)的同時，還發(fā)現Cr原子中的4s軌道為未滿狀態(tài)，容易與p電子軌道雜化形成光生電子的俘獲中

4、心，這是導致NCr共摻雜體系的光催化活性明顯優(yōu)于NMn共摻雜體系的原因。第三步，研究了銳鈦礦相TiO2(101)表面吸附NH3和H2O的微觀機制。其中在含氧空位表面吸附NH3分子后，費米面附近出現了新的能級，改變了銳鈦礦相TiO2(101)面對可見光的響應能力，呈現出最好的光學性質。這為該材料作為光學氣敏傳感材料提供理論依據。最后，研究了與氧的原子序號相鄰近的非金屬B、C、N、F摻雜TiO2(101)表面吸附NH3的特性與作用機理。結果