WO3納米線-NO2吸附體系電子性能及其Ti摻雜的理論研究.pdf

1、本論文采用密度泛函第一性原理的計(jì)算方法、運(yùn)用MS（Materials Studio）軟件，研究了 WO3納米線的電學(xué)性質(zhì)以及WO3納米線-NO2吸附體系的電子轉(zhuǎn)移性能?；趯?shí)驗(yàn)中WO3納米線的生長(zhǎng)方向建立了NO2氣體分子在WO3（001）和（010）納米線表面的吸附模型，計(jì)算了吸附前后吸附能、電子結(jié)構(gòu)、電子布局分布、電荷密度差分分布以及電荷局域函數(shù)（ELF），對(duì)比分析了不同生長(zhǎng)方向 WO3納米線-NO2氣體吸附體系的內(nèi)部電子轉(zhuǎn)移特性。吸

2、附能計(jì)算表明，當(dāng)NO2吸附在橋氧O2c位置時(shí)，吸附能最小，為最穩(wěn)定吸附結(jié)構(gòu)。DOS圖與能帶圖分析顯示，吸附NO2后納米線態(tài)密度圖中出現(xiàn)了新的雜質(zhì)DOS峰，氣體吸附在納米線能帶結(jié)構(gòu)的價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底邊緣引入新的雜質(zhì)能級(jí)，從而改變了納米線的帶隙，使得NO2吸附體系的費(fèi)米能級(jí)向帶隙移動(dòng)，導(dǎo)致NO2吸附后WO3納米線電荷載流子濃度減小，電阻增大。電荷布居分析和電荷差分密度計(jì)算結(jié)果表明，與WO3（001）納米線相比，NO2在WO3（010）納米線表

3、面的吸附會(huì)導(dǎo)致更多的電子轉(zhuǎn)移，從理論角度闡明了（010）定向的WO3納米線比（001）定向的納米線對(duì)NO2氣體具有更高的理論靈敏度。
　　進(jìn)一步計(jì)算并研究了Ti摻雜對(duì)WO3（010）納米線吸附體系電子轉(zhuǎn)移性能的影響。Ti原子以替位方式進(jìn)入納米線晶格的W原子位形成摻雜結(jié)構(gòu)納米線。通過(guò)對(duì)不同摻雜體系的能量分析發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于純凈納米線，摻雜納米線的能量均有所提高，即摻雜使得納米線穩(wěn)定性降低。對(duì)比摻雜前后納米線的DOS峰值，發(fā)現(xiàn)Ti摻雜引入

4、了新的雜質(zhì)DOS峰，Ti原子與周?chē)徑影l(fā)生相互作用，使得電子波函數(shù)交疊，改變了WO3納米線的帶隙，并使費(fèi)米能級(jí)上移，導(dǎo)電性能發(fā)生改變；電荷布居分析和電荷差分密度表明，與純相WO3納米線相比，Ti摻雜導(dǎo)致更多電子從WO3納米線向NO2轉(zhuǎn)移，表明Ti摻雜改性是一種提高WO3納米線基氣敏傳感器NO2靈敏度的有效途徑。
　　此外，建立了其它氣體（O3、NO、NH3、H2S）在WO3納米線和 Ti摻雜WO3納米線表面的吸附模型并進(jìn)行了電