摻雜二氧化鈦光催化性能的理論計算研究.pdf

1、在工業(yè)化進程中環(huán)境污染問題也日益嚴重，威脅到人類的健康發(fā)展。有效治理環(huán)境，控制污染，已成為人們普遍關心的問題。對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。半導體光催化法直接利用太陽能，價格低，不產(chǎn)出二次污染，是一種理想的治理環(huán)境的方法。常見的光催化劑有TiO2、ZnO、CdS等。
　　二氧化鈦由于具有無毒、化學穩(wěn)定性高、光催化性能好等特點而被廣泛使用。它還可以用于制作太陽能電池，分

2、解污水中的有機物，將其轉化成H2O、CO2等無毒害的無機小分子或離子。利用其超親水性能還可以用于表面防污與自清潔。
　　綜合考慮實驗條件及其實驗耗費等方面的制約，本工作采用計算機模擬計算的方法進行研究。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構、態(tài)密度和部分光學性質進行計算。計算表明二氧化鈦本征態(tài)具有較

3、寬的禁帶寬度，只能吸收太陽光中波長較短的紫外光，對太陽能利用率較低，嚴重影響二氧化鈦的光催化效率。為提高太陽能利用率，實現(xiàn)可見光范圍內的光吸收，摻雜改性是較為有效的方法。計算機模擬計算結果說明摻P銳鈦礦帶隙中產(chǎn)生雜質能級，電子可以從價帶躍遷到雜質能級，再由雜質能級躍遷到導帶，所需的激發(fā)能量減少，利于光催化性能的提高，實現(xiàn)可見光范圍內的光吸收。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