銳鈦礦型TiO2本征缺陷、摻雜的第一性原理研究.pdf

1、分類號(hào)——UDC密級(jí)學(xué)校代碼10497劣多凄程歹大署學(xué)位論文題目鎰鈦芷型墅Q2奎征筮陷!摻苤?jǐn)?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(dǎo)教師姓名趙修建職稱教攮一學(xué)位擅單位名稱硅酸墊建筑撾撾國(guó)塞重盛塞墮室郵編壘圣QQZQ副指導(dǎo)教師姓名割堡題職稱副數(shù)攮學(xué)位墟單位名稱蕉酸鹽建筑撾撾墾塞重點(diǎn)塞驗(yàn)童郵編壘圣QQZQ申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別論文

2、提交日期學(xué)科專業(yè)名稱盟至論文答辯日期學(xué)位授予單位武這理王太堂學(xué)位授予日期答辯委員會(huì)主席塞查鯊評(píng)閱人查墨垂縊魚年月武漢理工大學(xué)碩士學(xué)位論文而《8懈贏赫贏《mI弋Y2099621’摘要半導(dǎo)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(jiǎn)單，可減少二次污染等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注，尤其是Ti02半導(dǎo)體光催化劑可以降解多種有機(jī)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(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)和理論方面的研究工作，但是

3、仍然存在著許多爭(zhēng)議，而近十年來由于第一性原理計(jì)算理論和高速計(jì)算機(jī)的發(fā)展，量子化學(xué)計(jì)算已經(jīng)成為光催化研究方向甚至整個(gè)半導(dǎo)體研究領(lǐng)域不可或缺的研究工具?；诘谝恍栽碛?jì)算理論，本文采用了CASTEP計(jì)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(shí)驗(yàn)研究提供深入的理論支撐和有利的指導(dǎo)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(duì)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?fù)诫s對(duì)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(duì)比分析不同元素?fù)诫s改性對(duì)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(shí)驗(yàn)中用于改進(jìn)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(shí)驗(yàn)中存

5、在的多種影響因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果差異而引發(fā)的爭(zhēng)議，主要得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：1、銳鈦礦相Ti02屬于間接帶隙半導(dǎo)體，金紅石相和板鈦礦相屬于直接帶隙半導(dǎo)體，其中銳鈦礦的成鍵作用較強(qiáng)，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(huì)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(dǎo)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