TiO2表面氧空位氧化性修饰及对气敏传感特性的影响

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1、顼士学位论文Ｔｉ〇２来面軋全隹氣化牲修飾及对先故待戚特牲的系崎田芸指导教师：冯庆教授专业名称：凝聚态物理学研究方向：半导体金属氧化物二〇一八年三月重庆师范大学硕士学位论文TiO2表面氧空位氧化性修饰及对气敏传感特性的影响硕士研究生：田芸指导教师：冯庆教授学科专业：凝聚态物理学所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学二〇一八年三月ChongqingNormalUniversityMasterThesisOxidativemodificationofoxygenvacanciesonTiO2anditse

2、ffectongassensingpropertiesMaster:TianYunDissertationSupervisor:Prof.FengQingSpecializedsubject:CondensedMatterPhysicsCollege:CollegeofPhysicsandelectronicengineeringChongqingNormalUniversityMarch,2018独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究‘工作及取得的研宄成果，。除了文中特别加以标注和致谢的地方外论

3、文中不包含他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得重庆师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明。学位论文作者签名：签字曰期Ｊａ／ｇ年６月曰｜学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解重庆师范大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。本人授权重庆师范太，允许论文被查阅和借阅全可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检＿索、汇编学位论文。，可以采用影印、缩

4、印或扫描等复制手段保存学位论文作者签名：签字曰期：２〇年６月曰／多重庆师范大学硕士学位论文中文摘要TiO2表面氧空位氧化性修饰及对气敏传感特性的影响摘要近年来，我国大气环境面临非常严峻的形势，主要呈现以城市大气中悬浮颗粒物浓度超标；二氧化硫气体污染任然保持在较高水平；城市中机动车尾气污染物排放总量急剧上升；氮氧化物污染呈加重趋势。因此检测各种大气中各种气体成分以及它们的浓度尤为重要。那么通过光学气敏材料检测环境气体成分成为了诸多学者的研究热点。本文的研究思路如下：首先对比TiO2(110)表面、SnO2(110)表面和GeO2

5、(110)表面的表面氧化性，通过HF、HCl、HBr被三种金属氧化物吸附特性发现TiO2对检测卤化氢气体效果最好，对三种氧化物而言，表面氧化性最强，对卤化氢气体是较为理想的光学气敏传感材料。同时也发现，TiO2对还原性气体附H2S分子也有很好的光学气敏传感性能。本文进一步研究了如何通过掺杂来更好的改善TiO2的传感特性，通过TiO2(101)表面掺杂非金属C、N、F后发现对NH3分子的气敏传感效应提升明显，并分析出杂质元素对基底氧空位氧化性的贡献。而F元素掺杂于含TiO2(101)基底表面使其在可见光范围内的利用率于无掺杂相比提高了

6、5倍，是一种可行的掺杂方式。具体研究内容和过程如下：1.计算了金红石相TiO2(110)表面、SnO2(110)表面、GeO2(110)表面分别吸附卤化氢气体后的氧化性能、电荷布居分布、差分电荷密度、态密度和光学性质对比分析。计算结果表明：HF、HCl、HBr被三种金属氧化物表面吸附后，卤素原子损失的电子数各不相同，但它与吸附能和吸附距离的大小关系相一致，说明卤素原子的电荷得失是吸附能和吸附距离的大小的核心因素；金属氧化物表面氧化性的强弱与分子整体得失电子密切相关，而卤素原子的电荷转移则是影响吸附能、吸附距离及光学传感特性的核心因素

7、。所以TiO2可作为检测卤化氢气体较为理想的光学气敏传感材料。2.计算了锐钛矿TiO2(101)表面吸附H2S分子的稳定结构、态密度、光学性质、电荷分布情况。分析发现：H2S分子在完整锐钛矿(101)表面不易吸附，而在含有氧空位锐钛矿(101)表面容易发生吸附；H2S分子在锐钛矿(101)表面水平放置吸附的吸附能比H端吸附和S端吸附的吸附能都大，且有氧空位的吸附能水平放置最大；在可见光范围内，H2S分子在有氧空位锐钛矿(101)表面吸附大大的提高对可见光的利用率，随着波长的增加，对可见光的利用效果就越好。所以，表面氧空位会提升TiO

8、2表面的光学传感效应。I重庆师范大学硕士学位论文中文摘要3.计算锐钛矿TiO2(101)表面掺杂非金属C、N、F后的表面结构的氧化性能和NH3分子吸附后表面结构的稳定性、态密度、电荷分布、差分电荷密度、光学性质的吸附情况。结果发现：非