基于第一性原理的Fe-TNAs对苯系物的光催化特性研究

发布时间：2023-05-04 02:07

　　近些年,由于微环境中挥发性有机物(VOCs)污染问题比较严重,人们对其给予了越来越多的关注。常见的毒性较大的VOCs有苯、甲醛、硝基苯等,当VOCs浓度超过一定值时,他们将直接危害着人们的身体健康,且又是PM2.5的主要前体物。半导体二氧化钛具有价格便宜、无毒且易制得、化学性质比较稳定,具有很强的抗腐蚀性、导带上的电子和价带上的空穴具有很强的氧化—还原能力的特点,它被广泛作为光催化剂用于微环境中VOCs的光催化降解的研究和实践中。但二氧化钛的禁带宽度大,不能被可见光激发活化,存在自然光的利用率低的问题。因此通过掺杂改性来增强二氧化钛光催化材料对可见光的响应是近年来国内外最活跃的研究方向之一。本文对二氧化钛纳米管用于挥发性有机物(VOCs)的光催化降解实验研究和模拟计算进行了综述,在参考大量文献的基础上,采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了掺杂方式和Fe掺杂量对锐钛矿Fe/TiO₂(001)的能带结构和态密度的影响、苯分子和甲苯分子在不同种掺杂Fe/TiO₂(001)上的吸附能和吸附位的关系。计算结果表明:表面间隙掺杂比替位掺杂更利于减小Ti...

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【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 挥发性有机物
        1.2.1 定义
        1.2.2 来源及危害
    1.3 TiO₂的光催化原理
    1.4 二氧化钛纳米管
        1.4.1 制备方法
        1.4.2 阳极氧化法形成机理
        1.4.3 形成过程
    1.5 掺杂二氧化钛纳米管的制备与特点
        1.5.1 制备方法
        1.5.2 复合纳米管阵列
    1.6 掺杂二氧化钛纳米管对VOCs光催化降解
    1.7 基于第一性原理的TiO₂表面吸附及光催化的研究现状
    1.8 主要研究内容
    1.9 研究路线图
第2章 第一性原理和密度泛函理论
    2.1 引言
    2.2 第一性原理计算方法概述
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 Hohenberg‐Kohn定理
        2.3.2 Kohn‐Sham定理
        2.3.3 交换关联能泛函
    2.4 VASP软件介绍
第3章 Fe掺杂锐钛矿型TiO₂(001)表面光催化性的第一性原理研究
    3.1 引言
    3.2 掺杂位置与掺杂浓度对禁带宽度的影响
        3.2.1 实验方法
        3.2.2 实验设计
        3.2.3 结果与讨论
    3.3 苯在Fe掺杂TiO₂(001)表面的吸附特性
        3.3.1 掺杂位置与掺杂浓度对吸附能的影响
        3.3.2 Fe原子掺杂浓度对吸附能的影响
        3.3.3 表面差分电荷密度和电子态密度计算
    3.4 甲苯在Fe掺杂TiO₂(001)表面的吸附特性
        3.4.1 甲苯在不同掺杂方式TiO₂(001)表面吸附能计算
        3.4.2 表面差分电荷密度和电子态密度计算
    3.5 结论
第4章 掺杂二氧化钛纳米管光催化性的实验研究
    4.1 掺杂二氧化钛纳米管的制备
    4.2 SEM(扫描电镜)图和紫外—可见光谱图
    4.3 对苯系物的吸附与光催化降解特性研究
        4.3.1 实验装置
        4.3.2 实验设备与材料
        4.3.3 实验内容与实验方法
        4.3.4 结果与讨论
        4.3.5 本章结论
结论与展望
    结论
    展望
参考文献
致谢



本文编号：3807732