TiO-,2-光催化活性的第一性原理研究.pdf

1、本文采用第一性原理平面波超軟贗勢方法，應(yīng)用Accelrys公司開發(fā)的Materials Studio中的CASTEP模塊，分別計(jì)算了銳鈦礦相TiO2、金紅石相TiO2和TiO2混晶(鈦礦相TiO2和金紅石相TiO2分別占80％和20％的TiO2混晶結(jié)構(gòu))的能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度及其光學(xué)性質(zhì)，進(jìn)而分別探討了它們的光催化性能。計(jì)算結(jié)果表明：金紅石相TiO2的能隙比銳鈦礦TiO2的能隙窄，因此金紅石相TiO2內(nèi)的電子更容易發(fā)生躍遷，光響應(yīng)范圍更廣。

2、但由于晶體結(jié)構(gòu)的原因，金紅石相TiO2表現(xiàn)出嚴(yán)重的團(tuán)聚結(jié)構(gòu)和較大的粒度，導(dǎo)致金紅石相TiO2產(chǎn)生的電子-空穴對極易復(fù)合，從而導(dǎo)致金紅石相TiO2的光催化活性反而不如銳鈦礦相TiO2的光催化活性強(qiáng)。
　　 通過搭建混晶界面的方式計(jì)算并分析了TiO2混晶的光催化性能。從光的吸收能力、光生電子-空穴對的分離效率以及載流子的轉(zhuǎn)移效率三方面，與銳鈦礦相和金紅石相TiO2單晶進(jìn)行對比分析。結(jié)果顯示TiO2混晶的電子-空穴對分離率高于銳鈦礦相

3、TiO2、金紅石相TiO2單晶，TiO2混晶中吸收峰明顯紅移，表明TiO2混晶的光催化性能好于銳鈦礦相和金紅石相TiO2。
　　 又利用密度泛函理論和DMol3程序包對銳鈦礦型TiO2(101)表面復(fù)合三(8-羥基喹啉-5-羧酸)鐵、三(8-羥基喹啉-7-羧酸)鐵和三(8-羥基喹啉-5-磺酸)鐵三種敏化劑的敏化機(jī)理和電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。計(jì)算結(jié)果表明，這些敏化劑經(jīng)式結(jié)構(gòu)的HOMO(最高占據(jù)分子軌道)-LUMO(最低未占據(jù)分子軌道)

4、能隙非常小，電子可以很容易地從染料的HOMO軌道激發(fā)到TiO2的LUMO軌道；TiO2納米晶吸附染料后，HOMO、LUMO和費(fèi)米能級都升高，導(dǎo)致吸附染料后開路電壓(Voc)升高。這三種敏化染料中，三(8-羥基喹啉-7-羧酸)鐵染料的能隙比另外兩種敏化染料的能隙大，能夠與TiO2的ELUMO能級很好地匹配。TiO2(101)表面吸附三(8-羥基喹啉-7-羧酸)鐵染料后的費(fèi)米能級負(fù)移值比另外兩種染料更大，使得三(8-羥基喹啉-7-羧酸)鐵染