二氧化钛电子结构和光学性质的多体格林函数理论研究

发布时间：2021-01-11 01:04

　　随着传统石化能源的日益匮乏,寻找一种可以替代的新型能源是人类社会发展中一项重大的挑战。太阳能是人类能够利用的唯一一种取之不尽用之不竭的能源。把太阳能转化成可以存储能源一直是近年来人类努力的方向。一种解决方案是在太阳光的作用下从水中解离出氢气,作为能源储存起来,被称之为氢能源。另外一种解决方案是通过太阳能电池把太阳能转化成电能,也便于人类储存和利用。这两种解决方案的核心问题,都在于寻找合适的材料作为光催化剂和吸光材料。传统的太阳能电池以单晶硅或砷化镓为材料。单晶硅太阳能电池是一种高效的太阳能电池,但生产成本高,过程会对环境造成巨大的污染。基于砷化镓的太阳能电池是迄今为止最高效的太阳能电池,且能在高温下工作,但由于材料本身的毒性,不利于大面积的推广和应用。寻找一种高稳定性、无污染、低成本的新型材料是当前太阳能电池发展中的一项重大挑战。在氢能源领域,也存在相同的问题。自上世纪七十年代日本科学家发现太阳光在二氧化钛的催化下,可以把水分解成氢气和氧气,二氧化钛成为氢能源技术发展中的一种重要的备选材料。上世纪九十年代,瑞士科学家利用二氧化钛为基底制造出了染料敏化太阳能电池,太阳能转化效率可以达到1... 

【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：109 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 二氧化钛带隙的实验测量
    1.3 二氧化钛的缺陷态
    1.4 掺杂的二氧化钛
    1.5 本文研究内容和研究意义
    参考文献
第二章 理论背景与研究方法
    2.1 密度泛函理论
        2.1.1 密度泛函理论的发展历史
        2.1.2 交换相关泛函
            2.1.2.1 局域密度近似
            2.1.2.2 广义梯度近似
            2.1.2.3 杂化泛函
        2.1.3 DFT+U方法
        2.1.4 密度泛函理论的局限性
    2.2 多体格林函数方法
        2.2.1 理论框架
        2.2.2 单粒子格林函数
        2.2.3 双粒子格林函数
    参考文献
第三章 含缺陷的金红石（110）表面的电子结构
    3.1 研究背景
    3.2 实验方法
        3.2.1 模型构建
            3.2.1.1 金红石（110）表面
            3.2.1.2 缺陷构型
            3.2.1.3 体内极化子
            3.2.1.4 表面极化子
            3.2.1.5 模型厚度
        3.2.2 GW方法
        3.2.3 GW计算收敛性
            3.2.3.1 真空层厚度的收敛测试
            3.2.3.2 Band summation的收敛性测试
            3.2.3.3 K点的收敛性测试
            3.2.3.4 剪刀常数对GW电子结构的影响
        3.2.4 自洽的GW方法
    3.3 计算结果
        3.3.1 完美二氧化钛体相与表面的计算
        3.3.2 氧缺失的（110）表面
        3.3.3 氢化的（110）表面
        3.3.4 极化子
        3.3.5 间隙钛的（110）表面
    3.4 讨论
    3.5 本章小结
    参考文献
第四章 锐钛矿缺陷态的准粒子能带结构
    4.1 研究背景
    4.2 计算细节
    4.3 结果与讨论
    4.4 本章小结
    参考文献
第五章 碳掺杂的二氧化钛（110）表面的电学性质与光学性质
    5.1 研究背景
    5.2 计算方法
        5.2.1 模型构建
        5.2.2 GW方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 构型及稳定性
        5.3.2 能带结构与激发态性质
    5.4 本章小结
    参考文献
结论与展望
致谢
攻读博士期间发表的论文
附录缩写
附件
学位论文评阅及答辩情况表



本文编号：2969763