二氧化鈦光催化及硅烯電子結(jié)構(gòu)特性研究.pdf

1、在本文中，我們利用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，主要計算了三部分內(nèi)容，包括過渡金屬和B共摻金紅石相TiO2超晶胞結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)、單個H2O分子在銳鈦礦相TiO2(100)面和過渡金屬修飾的銳鈦礦相TiO2(100)表面的吸附和分解行為、硅烯的能帶結(jié)構(gòu)特性。
　　首先，我們采用密度泛函理論研究了Mn+B、Tc+B和Re+B共摻金紅石相TiO2并改善其在可見光區(qū)域光學(xué)特性的影響。通過共摻方法，我們計算研究了金紅石Ti

2、O2的光學(xué)吸收譜，發(fā)現(xiàn)光學(xué)吸收邊發(fā)生了明顯的紅移，增強(qiáng)了其在可見光區(qū)域的光吸收性質(zhì)。Mn+B共摻金紅石TiO2的能帶結(jié)構(gòu)由直接能隙結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接能隙結(jié)構(gòu)，而Tc+B和Re+B共摻TiO2的能帶結(jié)構(gòu)仍然保持著直接能隙結(jié)構(gòu)。在光學(xué)吸收譜的計算中，Mn+B、Tc+B和Re+B共摻金紅石相TiO2的第一個吸收峰分別紅移到了1.30、0.65和0.95 eV處，這些吸收峰和電子從滿的占據(jù)雜質(zhì)態(tài)到過渡金屬最低空的d軌道的激發(fā)有著密切的關(guān)系。

3、　　其次，我們主要研究了水分子和銳鈦礦相TiO2(100)表面的相互作用以及過渡金屬修飾對其的影響。計算結(jié)果表明Zr的摻雜修飾效果最好，所得到的反應(yīng)勢壘最低，為0.28 eV，并且是一個放熱的反應(yīng)，對于H2O在TiO2(100)表面的分解有一定的促進(jìn)作用。
　　最后，我們用第一性原理和緊束縛方法，系統(tǒng)地研究了硅烯的電子結(jié)構(gòu)特性，為改善硅基單層材料的電子性質(zhì)提出了新的能帶工程方案，有益于其在包括太陽能轉(zhuǎn)換領(lǐng)域等的納米電子器件應(yīng)用研究

4、。我們發(fā)現(xiàn)打破反演對稱性和引入簡并微擾都可以打開硅烯超晶格的帶隙，并且根據(jù)不同的需求還可以調(diào)制該帶隙的大小。以硅烯原胞為參考，在贗硅烯超晶格材料中，當(dāng)六角超晶格(M，N)中的M和N同時是3的整數(shù)倍及正交超晶格[P，Q]中Q=3q（q是整數(shù)）的時候，兩重簡并的狄拉克點K和K'點折疊到Γ點，構(gòu)成四重簡并的能帶閉合點。此時，無論結(jié)構(gòu)的反演對稱性是否被打破，都可以通過在這些超晶格中引入簡并微擾打開能隙。對于其它超晶格，只要引入的擾動仍然保持反演