第一性原理研究鑭系元素摻雜對銳鈦礦TiO2能帶的調(diào)制及甲酰胺分子在金紅石TiO2(011)表面上的反應(yīng).pdf

1、AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterFist—principlesstudyofbandstructuremodulationofanataseTi02bylanthanidedoping，reactionsofformamideontherutileTi02(011)surfaceByShuaiZhangSupervisor：ProfYuJiaParticl

2、ePhysics&NuclearPhysicsSchoolofPhysicsandEngineeringApril，2011摘要摘要本論文中利用基于密度泛函理論的VASP軟件包，首先使用DFTU方法對鑭系元素摻雜調(diào)制銳鈦礦的光催化情況進行了第一性原理計算，主要研究了鑭系元素對銳鈦礦Ti02電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制情況；另外我們忽略Ti02中n的3d電子強關(guān)聯(lián)作用，對甲酰胺分子在金紅石Ti02(011)表面上的吸附及反應(yīng)，進行了研究。首先我們對未摻

3、雜的Ti02塊體進行了研究，優(yōu)化了晶格常數(shù)。計算了鑭系元素摻雜進銳鈦礦Ti02的摻雜形成能，以預(yù)估摻雜的難易程度。然后我們計算了摻雜體系的能帶結(jié)構(gòu)與電子分波態(tài)密度，我們計算得到的銳鈦礦Ti02的品格常數(shù)為：a=3830A，c=9635A(u=a／c=0397)略小于實驗值a=3785A，c=9512A(u=a／c=0398)，結(jié)果顯示通過摻雜，Ti02的本征帶隙內(nèi)產(chǎn)生中間能級，能夠不同程度地縮小其帶隙，減小電子或空穴的激發(fā)所需要克服的勢

4、壘，進而提高TiOz的光催化性能。在對甲酰胺分子在金紅石Ti02(011)表面上的吸附及反應(yīng)進行的研究中，我們主要研究了甲酰胺分子在表面上不同的吸附構(gòu)型，發(fā)生水解反應(yīng)和分解反應(yīng)所產(chǎn)生不同的焓變，以及兩種反應(yīng)過程中所需要克服的勢壘。首先我們對獨立體系的甲酰胺分子和金紅石Ti02進行了研究，得到了分子的穩(wěn)定構(gòu)型，同時也就金紅石Ti02(011)表面的2Xl重構(gòu)進行了初步研究，我們計算得到的命紅石Ti02的晶格常數(shù)為：a=b=4612A，c=

5、2960A(u=c／a=0641)，略大于實驗值：a=b=4594A，c=2958A(u=c／a=0597)，然后我們采用三個OTiO周期層為厚度、20A的真空層，取2X2Xl的周期性單元，來模擬金紅石Ti02(011)的表面。并在此基礎(chǔ)上研究了甲酰胺分子在此理想表面的穩(wěn)定吸附構(gòu)型，我們從最穩(wěn)定的吸附構(gòu)型出發(fā)，通過手動使分子克服勢壘，實現(xiàn)發(fā)生在表面的水解反應(yīng)和分解反應(yīng)，比較了兩種反應(yīng)發(fā)生前后體系的能量變化，從而得出兩種反應(yīng)的不同的焓變。