金屬摻雜α-Bi2O3與銳鈦礦TiO2(101)表面的第一性原理研究.pdf

1、納米半導體光催化劑在很多方面都存著巨大的應用價值，尤其是在控制環(huán)境污染方面和研究開發(fā)新能源材料方面。隨著納米技術的不斷發(fā)展和材料模擬計算技術的不斷提高，對納米半導體光催化劑材料的研究以及設計出新型的半導體光催化劑材料已經(jīng)成為人們研究的熱點之一。
　　在所有的納米半導體光催化劑研究當中，對TiO2和Bi2O3的研究最為熱切。目前的研究表明除了晶型與晶體尺寸對TiO2的光催化活性有影響外，表面性質(zhì)對它的光催化效果也有很重要的影響。這是

2、因為光催化反應大都發(fā)生在表面，而目前實驗和理論上已有針對不同的光催化反應過程對表而有不同程度的研究，因此有必要對表面進行深入的研究。在TiO2所有的表面中它的低指數(shù)面(101)最為穩(wěn)定的，同時也是暴露最多的表而，因此研究其(101)表面有實際應用的可能。另外一種重要的光催化劑半導體材料Bi2O3，其中α相為熱力學室溫穩(wěn)定相，其禁帶寬度為2.85eV，響應可見光的波長為440nm。為了進一步提高Bi2O3材料對可見光的利用，所以有必要為了

3、改善它的光催化活性而進行研究，其中摻雜是最有效的方法。
　　本論文以α-Bi2O3和銳鈦礦相TiO2的(101)面作為研究對象，建立起不同的晶體模型并進行第一性原理的計算研究。研究的具體內(nèi)容和計算結果如下:
　　1.Cu、In、Mo摻雜對α-Bi2O3的結構和電子特性的影響的研究。
　　本章通過密度泛函理論首次對α相Bi2O3進行Cu、Mo、In取代摻雜計算，并且計算結果與實驗結果一致。計算表明，Cu摻雜以后在Bi2O

4、3的禁帶中出現(xiàn)雜質(zhì)態(tài)，而Mo和In摻雜則是通過影響B(tài)i2O3價帶項和導帶底的位置來改變它的禁帶寬度。此外還對這三種取代摻雜的缺陷形成能進行比較。
　　2.研究了TiO2的塊體和(101)表面的幾何結構和電子結構。
　　通過第一性原理方法對塊體TiO2及其(101)表面進行理論研究。我們首先用MaterialsStudio軟件建立起TiO2的單胞模型和清潔的(101)表面的slab模型。然后利用VASP軟件對建立的模型進行結構