非金属共掺、金属与非金属共掺金红石相二氧化钛的第一性原理研究
发布时间：2021-04-15 17:21
金红石相TiO2是一种新型的半导体光催化材料,拥有较好的稳定性、无毒性、耐腐蚀性、高效性、无污染以及价格较低等许多优点,成为当下应用最为广泛的材料。由于金红石相TiO2本身拥有较宽的禁带（3.0 eV）,只能在紫外光（波长小于400 nm）范围内才具有催化活性,使其对可见光的利用率低,从而限制了TiO2在光催化技术领域的实际应用。因此,目前多数学者采用离子掺杂来扩大其对可见光的响应。为此,本文采用第一性原理研究了非金属单掺、非金属共掺及金属-非金属共掺对TiO2的几何结构,缺陷形成能,态密度,电荷分布以及光学性能的影响。我们首先以密度泛函理论平面波超软赝势的方法为基础,使用Materials Studio程序中的CASTEP模块优化几何结构。在优化好的结构基础上,在Gaussian 09中的高斯轨道框架下采用HSE06杂化泛函方法和修改后的6-31G基组计算电子性能,因为在高斯轨道下的HSE06杂化泛函可以计算得到与实验值最接近的带隙值,因此这些带隙值可以看作是真实的实验值。研究结果显示,非金属B、C、N、F、S取代O掺杂后的体相结构会发生晶格畸变,而且C、N、S间隙单掺后的晶格畸变程...
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非金属替位单掺金红石相TiO2的晶胞模型示意图
围内的吸收能力逐渐减弱，提高了光催化活性，与文献的报道单掺的结构，在可见光范围内的吸收系数呈现出非常慢的递减，光吸收能力，这是由于掺杂后禁带宽度基本上不变，但该掺杂得体系中局部偶极矩发生变化，有利于阻止电子-空穴对的重组换效率[77-81]。对于 S 替位单掺的体系，在进入可见光范围内就线重合，原因是在带隙中引入了两个深杂质能级，增加了空穴，不利于我们改善光催化性能。综上所述，在 C 掺杂的体系中展现出明显的红移，增加了对可见光的吸收。除此以外，由态，不仅带隙减小了，而且靠近价带顶和导带底的浅杂质能级可空穴的捕获井，阻碍了光生载流子的复合并延长它们产生后的光生电子和空穴迁移到表面，与吸附在表面的有机物发生光催反应，从而消除有机物，实现治理环境的目标。
28图 4.5 非金属间隙单掺金红石相 TiO2的模型示意图atic diagram of the cell model of non-metal interstitial do间隙单掺对金红石相 TiO2几何结构的影响子放到间隙位置后，我们对以上这 5 种非金属间隙掺5 所示。由于 B 和 F 间隙单掺体系在几何结构的优化没有列出优化的结果。对于 C、N、S 这三种间隙掺杂C、S 间隙掺杂中 b 的值也出现了增大，但是在 N 间隙；c 的值也全部都比掺杂前增大。相比上一节提到的隙单掺情况下的体积膨胀更为明显，分别比 C/N 替位 0.559 3，这表明了这两种间隙掺杂体系的晶格畸变体系；而 S 间隙掺杂的晶胞参数相比纯 TiO2体系有
【参考文献】：
期刊论文
[1]漂浮型可见光复合光催化剂B-N-TiO2/EP的制备、表征及其光催化性能[J]. 马荣荣,王学江,王伟,张晶,黄嘉瑜. 环境工程学报. 2017(01)
[2]Ti基碳氮共掺杂TiO2的制备、结构表征及光催化氯苯废气性能[J]. 成卓韦,顾执奇,朱润晔,陈建孟. 化工学报. 2016(04)
[3]金红石相TiO2（110）面吸附H2S分子光学气敏效应的微观机制与特性[J]. 朱洪强,冯庆,岳远霞,周晴. 中国激光. 2014(12)
[4]金红石相TiO2（110）面对NH3吸附的微观机制和光学气敏特性研究[J]. 朱洪强,冯庆. 光学学报. 2014(10)
[5]光学气敏材料金红石相二氧化钛（110）面吸附CO分子的微观特性机理研究[J]. 朱洪强,冯庆. 物理学报. 2014(13)
[6]非金属杂质C,N,S共掺金红石相TiO2引起的光谱红移效应[J]. 田芸,冯庆,丁守兵,刘彤,高杰梅,吴芳. 光学学报. 2013(08)
[7]碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究[J]. 王寅,冯庆,王渭华,岳远霞. 物理学报. 2012(19)
[8]N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究[J]. 冯庆,王寅,王渭华,岳远霞. 计算物理. 2012(04)
[9]TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能[J]. 张雪,李玉平,韩培德,关慧欢,张彩丽,张瑞珍. 光学学报. 2012(07)
[10]水在金红石型TiO2（110）表面<001>阶梯边缘吸附的第一性原理研究[J]. 洪峰,徐文娟,倪宇恒,马忠权,李拥华,徐飞. 中国科学:化学. 2012(06)
本文编号：3139764
【文章来源】：昆明理工大学云南省
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
非金属替位单掺金红石相TiO2的晶胞模型示意图
围内的吸收能力逐渐减弱，提高了光催化活性，与文献的报道单掺的结构，在可见光范围内的吸收系数呈现出非常慢的递减，光吸收能力，这是由于掺杂后禁带宽度基本上不变，但该掺杂得体系中局部偶极矩发生变化，有利于阻止电子-空穴对的重组换效率[77-81]。对于 S 替位单掺的体系，在进入可见光范围内就线重合，原因是在带隙中引入了两个深杂质能级，增加了空穴，不利于我们改善光催化性能。综上所述，在 C 掺杂的体系中展现出明显的红移，增加了对可见光的吸收。除此以外，由态，不仅带隙减小了，而且靠近价带顶和导带底的浅杂质能级可空穴的捕获井，阻碍了光生载流子的复合并延长它们产生后的光生电子和空穴迁移到表面，与吸附在表面的有机物发生光催反应，从而消除有机物，实现治理环境的目标。
28图 4.5 非金属间隙单掺金红石相 TiO2的模型示意图atic diagram of the cell model of non-metal interstitial do间隙单掺对金红石相 TiO2几何结构的影响子放到间隙位置后，我们对以上这 5 种非金属间隙掺5 所示。由于 B 和 F 间隙单掺体系在几何结构的优化没有列出优化的结果。对于 C、N、S 这三种间隙掺杂C、S 间隙掺杂中 b 的值也出现了增大，但是在 N 间隙；c 的值也全部都比掺杂前增大。相比上一节提到的隙单掺情况下的体积膨胀更为明显，分别比 C/N 替位 0.559 3，这表明了这两种间隙掺杂体系的晶格畸变体系；而 S 间隙掺杂的晶胞参数相比纯 TiO2体系有
【参考文献】：
期刊论文
[1]漂浮型可见光复合光催化剂B-N-TiO2/EP的制备、表征及其光催化性能[J]. 马荣荣,王学江,王伟,张晶,黄嘉瑜. 环境工程学报. 2017(01)
[2]Ti基碳氮共掺杂TiO2的制备、结构表征及光催化氯苯废气性能[J]. 成卓韦,顾执奇,朱润晔,陈建孟. 化工学报. 2016(04)
[3]金红石相TiO2（110）面吸附H2S分子光学气敏效应的微观机制与特性[J]. 朱洪强,冯庆,岳远霞,周晴. 中国激光. 2014(12)
[4]金红石相TiO2（110）面对NH3吸附的微观机制和光学气敏特性研究[J]. 朱洪强,冯庆. 光学学报. 2014(10)
[5]光学气敏材料金红石相二氧化钛（110）面吸附CO分子的微观特性机理研究[J]. 朱洪强,冯庆. 物理学报. 2014(13)
[6]非金属杂质C,N,S共掺金红石相TiO2引起的光谱红移效应[J]. 田芸,冯庆,丁守兵,刘彤,高杰梅,吴芳. 光学学报. 2013(08)
[7]碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究[J]. 王寅,冯庆,王渭华,岳远霞. 物理学报. 2012(19)
[8]N-S共掺杂金红石相TiO2电子结构与光学性质的第一性原理研究[J]. 冯庆,王寅,王渭华,岳远霞. 计算物理. 2012(04)
[9]TiO2/SiO2多层膜的带隙结构及光催化性能[J]. 张雪,李玉平,韩培德,关慧欢,张彩丽,张瑞珍. 光学学报. 2012(07)
[10]水在金红石型TiO2（110）表面<001>阶梯边缘吸附的第一性原理研究[J]. 洪峰,徐文娟,倪宇恒,马忠权,李拥华,徐飞. 中国科学:化学. 2012(06)
本文编号：3139764
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