石墨烯復(fù)合TiO2表面性質(zhì)研究.pdf

1、本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，以material studio中的CASTEP模塊為主要計(jì)算手段，探討了石墨烯復(fù)合對TiO2結(jié)構(gòu)和性能的影響。建立了TiO2/石墨烯層狀模型，分析了石墨烯復(fù)合對TiO2光催化和吸附性能的影響，并采用水熱法制備了TiO2/石墨烯納米復(fù)合物，研究了石墨烯復(fù)合對TiO2吸附Cu2+和Pb2+的影響，并探究兩種重金屬離子在TiO2表面的吸附形式。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴基于密度泛函理論的

2、第一性原理方法探究了銳鈦礦型TiO2表面的性質(zhì)，通過對潔凈表面能的計(jì)算，得出銳鈦礦型TiO2的(101)面能量最低，為最穩(wěn)定表面，(001)面能量最高，為最活潑表面。以(101)和(001)兩個(gè)表面為例，探討了石墨烯復(fù)合前后的能帶、態(tài)密度、光學(xué)屬性以及電荷分布等性質(zhì)的變化，研究石墨烯復(fù)合對具有一定活性表面的銳鈦礦型TiO2的光催化和吸附性能的影響。研究表明，在石墨烯復(fù)合到銳鈦礦型TiO2(101)面和(001)面以后，復(fù)合納米材料的帶隙

3、大大減小，光響應(yīng)范圍擴(kuò)大，吸收邊發(fā)生紅移，提高了TiO2的光催化活性，同時(shí)對Cu2+、Pb2+的吸附性能也有一定程度的提高。⑵通過對金紅石型TiO2潔凈表面能的計(jì)算，得出了金紅石型TiO2的(110)面能量最低，為最穩(wěn)定表面，（100）面能量最高，為最活潑表面。以(110)和(100)兩個(gè)表面為例，探討了石墨烯復(fù)合前后體系的能帶、態(tài)密度、光學(xué)屬性、電荷分布以及功函等性質(zhì)的變化，研究石墨烯復(fù)合對具有一定活性表面的金紅石型TiO2的光催化和

4、吸附性能的影響。研究表明，在金紅石型TiO2(110)面和(100)面復(fù)合石墨烯以后，光響應(yīng)范圍擴(kuò)大，帶隙減小，價(jià)電子只需吸收很少的能量就能躍遷到導(dǎo)帶上，提高了TiO2的光催化活性，同時(shí)對Cu2+、Pb2+的吸附性能也有一定程度的提高。⑶采用Hummers方法制備了具有良好形貌的石墨烯，并采用超聲輔助水熱法合成了TiO2/石墨烯復(fù)合納米材料（TiO2/G）。并采用XRD、SEM、DRS等手段對TiO2/G樣品進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明，在石