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引入应力的锐钛矿TiO 2 (001)薄膜制备及其结构研究

发布时间:2021-04-11 17:35
  锐钛矿TiO2(001)(anatase TiO2(001),简记为ATO)表面因其优异的催化活性受到了广泛的研究。理论计算结果表明,ATO表面应力导致的晶格畸变可能会增强该表面的催化活性。因此有必要研究应力对ATO表面结构的影响。本文利用BaTiO3(001)(简记为BTO)与ATO之间存在较大的晶格失配度,将ATO薄膜外延生长在BTO上从而引入应力,研究了存在应力情况下的ATO薄膜的结构特征。本文的内容划分如下:第一章介绍了本文的选题背景。首先,简要地介绍了二氧化钛材料的结构、性质及其应用。其次,对ATO表面结构与缺陷的研究进展进行了详细的阐述。最后,介绍了应力调控相关研究的进展,尤其是应力对锐钛矿TiO2的调控。第二章主要研究了引入应力的ATO薄膜制备。首先,综述了ATO薄膜制备的进展,并据此分析了用于在ATO中引入应力的衬底应满足的条件。其次,详细地描述了实验中生长在Nb掺杂的SrTi03(001)(简记为STO)衬底上用于引入应力的BTO薄膜以及后续生长的ATO/BTO/STO薄膜的脉冲激... 

【文章来源】:中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】:72 页

【学位级别】:硕士

【部分图文】:

引入应力的锐钛矿TiO 2 (001)薄膜制备及其结构研究


图1.2通过DFT-HSE06方法得到的⑻金红石相,(b)锐钛矿相和(c)板钛矿相Ti02的能带结??构

板钛矿,锐钛矿相,局域态密度,金红石相


?此外还可以看到Ti?3d贡献的导带部分明显地分成了两个独立的亚能带。这??种分裂可以从晶体场理论来理解:从图1.1中晶体的表示可知,Ti02的晶体可以??表示为Ti在中心,以0为顶点的“Ti06”扭折八面体单元;在八面体的晶体场??中,中心Ti离子的5个未占据的3d轨道主要劈裂成两个部分,一是具有dxv和??如轨道特征的双重简并eg型轨道,二是能量更低的具有dxy、dyz和dxz型轨道特??征的t2g型轨道。图1.4表示锐钛矿Ti〇2的分子轨道图,直观的展现了晶体场劈??裂作用下的分子轨道。??主要由0?2p贡献的价带可以从另一种晶体表示方式来理解:以Ti为中心,??其对周围的0是6配位的;而以0为中心,其对周围的Ti是3配位的。02p的??能带劈裂即来自平面型“〇Ti3”单元产生的sp2杂化。0离子的?!(和py轨道和Ti??离子形成a杂化态,并位于价带边稍下方的位置[6]。价带顶则是由pz型的孤对电??子ti轨道组成。金红石相与锐钛矿相以0原子为中心的“OTi3”平面单元形状??存在差异

分子轨道图,晶体场,原子能级,劈裂


?此外还可以看到Ti?3d贡献的导带部分明显地分成了两个独立的亚能带。这??种分裂可以从晶体场理论来理解:从图1.1中晶体的表示可知,Ti02的晶体可以??表示为Ti在中心,以0为顶点的“Ti06”扭折八面体单元;在八面体的晶体场??中,中心Ti离子的5个未占据的3d轨道主要劈裂成两个部分,一是具有dxv和??如轨道特征的双重简并eg型轨道,二是能量更低的具有dxy、dyz和dxz型轨道特??征的t2g型轨道。图1.4表示锐钛矿Ti〇2的分子轨道图,直观的展现了晶体场劈??裂作用下的分子轨道。??主要由0?2p贡献的价带可以从另一种晶体表示方式来理解:以Ti为中心,??其对周围的0是6配位的;而以0为中心,其对周围的Ti是3配位的。02p的??能带劈裂即来自平面型“〇Ti3”单元产生的sp2杂化。0离子的?!(和py轨道和Ti??离子形成a杂化态,并位于价带边稍下方的位置[6]。价带顶则是由pz型的孤对电??子ti轨道组成。金红石相与锐钛矿相以0原子为中心的“OTi3”平面单元形状??存在差异

【参考文献】:
期刊论文
[1]TiO2光催化剂的晶面效应研究进展[J]. 陆阳.  物理化学学报. 2016(09)
[2]TiO2表面光催化基元过程(英文)[J]. 郭庆,周传耀,马志博,任泽峰,樊红军,杨学明.  物理化学学报. 2016(01)
[3]锐钛矿(001)与(101)晶面在光催化反应中的作用[J]. 王翔,李仁贵,徐倩,韩洪宪,李灿.  物理化学学报. 2013(07)
[4]X射线光电子能谱[J]. 郭沁林.  物理. 2007(05)
[5]现代X光电子能谱(XPS)分析技术[J]. 吴正龙,刘洁.  现代仪器. 2006(01)
[6]脉冲激光沉积薄膜技术研究新进展[J]. 敖育红,胡少六,龙华,徐业斌,王又青.  激光技术. 2003(05)



本文编号:3131670

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