TiO2表面吸附三氟乙酸的理論研究.pdf

1、三氟乙酸是最簡(jiǎn)單的全氟羧酸。它具有穩(wěn)定性、持久性和生物累積性，不易被降解，最終對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類產(chǎn)生毒害作用。探求三氟乙酸的降解方法及其降解機(jī)理是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題之一。而TiO2以其光化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、價(jià)廉、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，在治理污水、降解有機(jī)物、凈化空氣、自清潔、殺菌等方面得到廣泛的應(yīng)用。
　　 本文采用基于密度泛函理論的MaterialsStudio程序的Castep(CambridgeSerialTotalEnergy

2、Package)模塊系統(tǒng)研究了金紅石型TiO2、銳鈦礦型TiO2和板鈦礦型TiO2的結(jié)構(gòu)及其表面摻雜金屬Fe后對(duì)三氟乙酸(TrifluoroaceticAcid，TFA)吸附的表面行為，并對(duì)非金屬摻雜板鈦礦后吸附TFA的空間結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)等進(jìn)行了理論探索。
　　 首先對(duì)銳鈦礦、金紅石和板鈦礦型TiO2的(001)、(101)、(110)、(210)等十二種表面進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明：(101)、(110)、(210)表面為

3、銳鈦礦、金紅石和板鈦礦吸附TFA的穩(wěn)定表面。通過(guò)計(jì)算TFA在這三個(gè)表面的吸附行為得到了TFA在其表面的最佳吸附位置，通過(guò)計(jì)算分析其電子結(jié)構(gòu)、態(tài)密度圖、能帶結(jié)構(gòu)可知，三種晶型的三種最佳吸附方式均是物理吸附。
　　 詳細(xì)研究了銳鈦礦(101)、金紅石(110)和板鈦礦(210)晶面摻雜Fe后的表面行為，發(fā)現(xiàn)Fe的d軌道進(jìn)入到TiO2的導(dǎo)帶中或價(jià)帶頂部，加寬了導(dǎo)帶的寬度或在價(jià)帶頂形成雜質(zhì)能級(jí)，致使帶隙變窄，提高了光催化活性；與直接吸附

4、相比，銳鈦礦和金紅石摻雜后吸附TFA是化學(xué)吸附，而板鈦礦依然表現(xiàn)出物理吸附。
　　 系統(tǒng)探究了非金屬(N、S、F)摻雜板鈦礦型TiO2的結(jié)構(gòu)及其吸附TFA的表面行為。計(jì)算結(jié)果表明，N、S的p軌道進(jìn)入到TiO2的價(jià)帶中，使價(jià)帶上移，致使帶隙變窄，提高了光催化活性；F的p軌道進(jìn)入到TiO2的價(jià)帶中，使價(jià)帶下移，致使帶隙變寬，抑制了光催化活性。與直接吸附相比，板鈦礦摻雜N、F后吸附TFA是化學(xué)吸附，而板鈦礦摻雜S吸附TFA表現(xiàn)出物理吸