TiO 2 /MoS 2 异质结纳米材料的光催化性能研究

发布时间：2024-01-21 15:48

　　能源是社会发展必不可少的物质,随着经济的快速发展,例如煤、石油等传统能源已经不能满足社会发展的需求。在1972年日本研究人员发现半导体可以利用太阳能光催化分解水制氢,这一发现被广泛的关注。现在通过半导体实现光催化制氢已成热点,而TiO₂半导体作为光催化剂被广泛的研究。由于纯TiO₂半导体在光催化效率并不高,因此需要采用一些手段来提高TiO₂半导体光催化效率。本文采用材料耦合方法提高TiO₂半导体光催化效率,并通过杂化泛函(HSE06)方法对TiO₂锐钛矿、单层MoS₂和TiO₂/MoS₂异质结的相关性质做理论计算。计算结果显示,与TiO₂锐钛矿带隙(3.2 eV)相比复合体系的带隙可以减小到1.38 eV,以及复合体系光学性能比纯TiO₂锐钛矿的光学性能有所提高,这是一个期望的结果。同时我们研究了施加不同压力对TiO₂/MoS₂

【文章页数】：73 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 研究背景
    1.1 半导体材料的光催化理论
    1.2 TiO₂光催化剂
    1.3 提高TiO₂光催化制氢性能的方法
    1.4 半导体光催化分解水制氢研究现状
    1.5 纳米MoS₂助催化剂
    1.6 选题意义及研究内容
        1.6.1 选题意义
        1.6.2 研究内容
第二章 理论方法
    2.1 第一性原理(first-principles)概述
    2.2 密度泛函理论
        2.2.1 Thomas-Fermi模型
        2.2.2 Hohenberg-Kohn定理
        2.2.3 Kohn-Sham方程
    2.3 交换相关能量泛函
        2.3.1 局域密度近似(LDA)
        2.3.2 广义梯度近似(GGA)
        2.3.3 轨道泛函(LDA+U)
        2.3.4 杂化泛函
    2.4 范德瓦耳斯修正介绍
    2.5 计算软件简介
    2.6 计算涉及量
        2.6.1 几何结构优化
        2.6.2 电子结构
        2.6.3 光学性质
第三章 TiO₂锐钛矿与MoS₂复合材料光催化制氢的理论计算
    3.1 引言
    3.2 计算方法及模型
    3.3 TiO₂催化剂的结果与讨论
        3.3.1 几何结构优化
        3.3.2 电子态密度与光学性质
    3.4 助催化剂MoS₂计算结果与讨论
        3.4.1 几何结构优化
        3.4.2 电子态密度与光学性质
    3.5 复合体系异质结的理论计算
        3.5.1 几何结构结构
        3.5.2 电子性质
        3.5.3 异质结材料间电荷转移
        3.5.4 异质结的光学性质
    3.6 助催化剂MoS₂层数对异质结性能的影响
    3.7 复合体系材料间距离对性质的影响
    3.8 (Cu,N)共掺杂TiO₂/MoS₂异质结
    3.9 压力对TiO₂/MoS₂异质结的影响
第四章 TiO₂金红石与MoS₂异质结光催化性能的理论研究
    4.1 引言
    4.2 计算方法及模型
    4.3 TiO₂的理论计算结果与讨论
        4.3.1 几何结构优化
        4.3.2 态密度与光学性质
    4.4 复合材料异质结的理论计算
总结与展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果



本文编号：3882280