摻雜二氧化鈦光催化性能的理論計(jì)算研究.pdf

1、在工業(yè)化進(jìn)程中環(huán)境污染問(wèn)題也日益嚴(yán)重，威脅到人類的健康發(fā)展。有效治理環(huán)境，控制污染，已成為人們普遍關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)污染物的處理方法主要有吸附、氧化和微生物分解法等，但這些方法有很多局限性，容易造成二次污染。半導(dǎo)體光催化法直接利用太陽(yáng)能，價(jià)格低，不產(chǎn)出二次污染，是一種理想的治理環(huán)境的方法。常見(jiàn)的光催化劑有TiO2、ZnO、CdS等。
　　二氧化鈦由于具有無(wú)毒、化學(xué)穩(wěn)定性高、光催化性能好等特點(diǎn)而被廣泛使用。它還可以用于制作太陽(yáng)能電池，分

2、解污水中的有機(jī)物，將其轉(zhuǎn)化成H2O、CO2等無(wú)毒害的無(wú)機(jī)小分子或離子。利用其超親水性能還可以用于表面防污與自清潔。
　　綜合考慮實(shí)驗(yàn)條件及其實(shí)驗(yàn)耗費(fèi)等方面的制約，本工作采用計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算的方法進(jìn)行研究。本工作基于第一原理中密度泛函理論，用Materials Studio5.0軟件中CASTEP程序包，對(duì)本征銳鈦礦、金紅石型二氧化鈦和摻P銳鈦礦、摻V金紅石型二氧化鈦能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度和部分光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算表明二氧化鈦本征態(tài)具有較

3、寬的禁帶寬度，只能吸收太陽(yáng)光中波長(zhǎng)較短的紫外光，對(duì)太陽(yáng)能利用率較低，嚴(yán)重影響二氧化鈦的光催化效率。為提高太陽(yáng)能利用率，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光吸收，摻雜改性是較為有效的方法。計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算結(jié)果說(shuō)明摻P銳鈦礦帶隙中產(chǎn)生雜質(zhì)能級(jí)，電子可以從價(jià)帶躍遷到雜質(zhì)能級(jí)，再由雜質(zhì)能級(jí)躍遷到導(dǎo)帶，所需的激發(fā)能量減少，利于光催化性能的提高，實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光范圍內(nèi)的光吸收。V摻雜金紅石型二氧化鈦禁帶寬度減小，材料光催化效率提高。摻雜后兩種晶型二氧化鈦的介電函數(shù)和吸收光