提高TiO2(B)光解水制氫活性的理論研究.pdf

1、使用光催化技術(shù)來收獲太陽光并將太陽光轉(zhuǎn)化為可以儲存的化學能量載體(例如，氫氣)是一個很有前景且正飛速發(fā)展的研究課題。原則上，合適的帶隙和適當?shù)膸н吘壩恢檬枪獯呋瘎┚哂凶銐蚋叩难趸€原能力以催化水分解的先決條件，此外，高傳輸系數(shù)和快速電荷載流子分離也是重要的影響因素，軌道特性和載流子遷移率在導帶最小值(CBM)和價帶最大值(VBM)處的差異非常有利于防止電子-空穴對重組，從而延長載流子壽命。自從A. Fujishima and K. Ho

2、nda首先公布了它們的水分解系統(tǒng)，已經(jīng)證明數(shù)百種新材料顯示出用于水分解的光催化活性，然而，這些材料吸收和轉(zhuǎn)換太陽光的能力仍然低于所需的10％光電轉(zhuǎn)換效率，因為寬帶隙和/或帶邊緣位置并未對準。雖然TiO2被認為是商業(yè)光催化劑未來最有希望的候選者，但其寬帶隙仍然是導致可見光下的低量子效率的嚴重問題，阻礙了商業(yè)和工業(yè)中的應用。
　　本文選擇青銅型TiO2即在TiO2族中的亞穩(wěn)態(tài)單斜晶多晶型TiO2（B），并基于第一性原理計算和集團擴展（

3、CE）形式的高通量方法來開展我們的研究。這兩種方法相結(jié)合被用來確定所選擇的 RMs（代表元素）中的哪些元素可以摻入到TiO2（B）中，以衡量其中摻雜劑可以代替Ti原子的程度，并研究產(chǎn)生新的有序結(jié)構(gòu)的可能性。使用蒙特卡羅（MC）模擬來研究青銅原型中摻雜生成有希望相的熱力學穩(wěn)定性。使用準確的 HSE06方法計算穩(wěn)定相的電子結(jié)構(gòu)和光學吸收以評價光電化學活性。通過第一性原理計算和CE預測系統(tǒng)地探索了十種代表性金屬（RM），包括貴金屬（Pt和Pd