銳鈦礦型TiO2本征缺陷、摻雜的第一性原理研究.pdf

1、分類號——UDC密級學校代碼10497劣多凄程歹大署學位論文題目鎰鈦芷型墅Q2奎征筮陷!摻苤數(shù)箍二性廈理班究英文FirstprinciplesstudyofanataseTi02題目迎主壘塾壘圭垃皇亟曼!皇璺主Q!魚Qp曼亟堂皇坐皇壘主研究生姓名夔超指導教師姓名趙修建職稱教攮一學位擅單位名稱硅酸墊建筑撾撾國塞重盛塞墮室郵編壘圣QQZQ副指導教師姓名割堡題職稱副數(shù)攮學位墟單位名稱蕉酸鹽建筑撾撾墾塞重點塞驗童郵編壘圣QQZQ申請學位級別論文

2、提交日期學科專業(yè)名稱盟至論文答辯日期學位授予單位武這理王太堂學位授予日期答辯委員會主席塞查鯊評閱人查墨垂縊魚年月武漢理工大學碩士學位論文而《8懈贏赫贏《mI弋Y2099621’摘要半導體光催化劑在治理環(huán)境污染方面由于其能耗低，反應(yīng)條件溫和，操作簡單，可減少二次污染等優(yōu)勢而備受關(guān)注，尤其是Ti02半導體光催化劑可以降解多種有機污染物，而且在光分解水領(lǐng)域也有著巨大的應(yīng)用潛力。其中，銳鈦礦相n02已經(jīng)進行了大量的實驗和理論方面的研究工作，但是

3、仍然存在著許多爭議，而近十年來由于第一性原理計算理論和高速計算機的發(fā)展，量子化學計算已經(jīng)成為光催化研究方向甚至整個半導體研究領(lǐng)域不可或缺的研究工具?；诘谝恍栽碛嬎憷碚摚疚牟捎昧薈ASTEP計算模塊來研究銳鈦礦相Ti02本征缺陷和摻雜改性的能帶結(jié)構(gòu)，為今后的實驗研究提供深入的理論支撐和有利的指導方向。主要的研究思路如下：1、深入研究了三種完美n02晶型的晶胞結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)，分析影響銳鈦礦相Ti02光催化活性的結(jié)構(gòu)因素；2、深入研究了

4、空位和填隙原子(O和n)兩類本征缺陷對晶體電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)的影響，分析如何控制Ti02中有利于提高光催化活性的本征缺陷；3、系統(tǒng)研究了常見的元素摻雜對銳鈦礦相Ti02能帶結(jié)構(gòu)的影響，包括替位取代和填隙原子兩種摻雜體系。對比分析不同元素摻雜改性對Ti02電子結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)以及催化活性的影響。從完美晶體結(jié)構(gòu)，到本征缺陷體系，再到摻雜體系，本文系統(tǒng)研究了實驗中用于改進銳鈦礦相Ti02的光催化性能的幾種方法的理論基礎(chǔ)，并且有效地排除了實驗中存

5、在的多種影響因素導致實驗結(jié)果差異而引發(fā)的爭議，主要得出了以下幾點結(jié)論：1、銳鈦礦相Ti02屬于間接帶隙半導體，金紅石相和板鈦礦相屬于直接帶隙半導體，其中銳鈦礦的成鍵作用較強，電子離域化程度大，電子空穴復(fù)合幾率低。銳鈦礦相活性比較高，會具有更多的活性表面，適合用在高效光催化領(lǐng)域。2、銳鈦礦相Ti02的氧空位形成能較低，容易受各種能量激發(fā)產(chǎn)生，但是空位并未有效地減小半導體的禁帶寬度。相反，填隙缺陷則有利于減小禁帶寬度。其中，1fi空位和02