tio2表面掺杂的第一性原理研究

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1、北京化工大学硕士研究生学位论文题目!iQ2麦画掺苤的簋=性愿理班究日期：二O一四年五月二十七日北京化工大学学位论文原创性声明l瞅则炒本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：关于论文使用授权的说明学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京化工大学。

2、学校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，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。口非暂不公开(或保密)论文注释：本学位论文不属于暂不公开(或保密)范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：日期：一型廿：芝：至空日期：卫!笙：皇!三里学位论文数据集中图分类号TB303；0472+．1学科分类号1405020论文编号1001020140073密级公开学位授予单位代10010学位授予单位名称北京化工大学码作者姓名王涛学号2011200073获学位专业名称化学工程与技术获

3、学位专业代码0817课题来源973、863项目研究方向化学工程论文题目Ti02表面掺杂的第一性原理研究关键词二氧化钛，表面掺杂，吸附与解离，第一性原理，光催化论文答辩日期2014_05．27·论文类型基础研究学位论文评阅及答辩委员会情况姓名职称工作单位学科专长指导教师陈建峰教授北京化工大学化学上程评阅人1邵磊教授北京化工大学化学工程评阅人2文利雄教授北京化工大学化学工程评阅人3评阅人4评阅人5答糊厶拂邵磊教授北京化工大学化学工程答辩委员1张鹏远教授北京化工火学化学工程答辩委员2文利雄教授北京化工大学化学工程答辩委员3邹海魁副研究员北京化工大学化学工程答辩委员

4、4李春喜教授北京化工大学化学工程答辩委员5注：一．论文类型：1．基础研究2．应用研究3．开发研究4．其它二．中图分类号在《中国图书资料分类法》查询。三．学科分类号在中华人民共和国国家标准(GB／T13745．9)《学科分类与代码》中查询。四．论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。摘要Ti02表面掺杂的第一性原理研究当今能源危机以及环境污染问题日益突出，对社会和经济的进一步发展有制约作用。光催化技术可利用太阳能驱动反应，成为治理环境污染、生产洁净能源的理想技术，受重视程度越来越高。作为一种光催化材料，TiO：由于具有稳定、无毒、价廉及易合成等优点被广泛研

5、究。但由于其禁带宽度大，只能吸收紫外光，且量子效率较低，因此掺杂作为一种简单有效的方法被广泛用来提高TiO：在可见光区的催化活性。当前Ti02的体相掺杂研究极为广泛，但大多数物理及化学现象发生在表面，表面的结构和性质对其应用有巨大的影响，而目前对于表面结构的探讨还不够深入，且使用现有的实验手段来获得原子尺寸上更多的信息有较大的困难。因此本文应用第一性原理方法计算了氧空位、I掺杂及C／N共掺杂对金红石Ti02(110)面和锐钛矿Ti02(101)面构型、能量、电子结构等影响规律，分析了Ti02表面掺杂提高光催化性能的机理；并研究了H20、CH30H和HCHO在

6、N掺杂Ti02表面的吸附及解离过程，探讨了掺杂改变反应过程的机制，得到的主要结果如下：对于未掺杂的金红石Ti02(110)面和锐钛矿Ti02(101)面，表面结构的禁带宽度比相对应的体相大，这是由于表面层电子向体内转移造成的。还原环境有利于两种表面结构氧空位的形成，氧空位的产生可使电子转移到附近的Ti原子导致Ti原子电荷数减少，能带及态密度表明氧空位使两种北京化工大学硕士学位论文表面禁带宽度分别减少了O．35eV和0．27eV左右，分别将光吸收范围扩展到455nm和419nm，提高其可见光催化活性。对于I替位掺杂金红石Ti02(110)面和锐钛矿Ti02(1

7、01)面，还原环境下I更容易替位O原子，而氧化环境下I更容易替位Ti原子。对金红石Ti02(110)面，I替位O和I替位Ti可使禁带宽度分别减少0．4leV和0．34eV，使吸收边红移，提高光吸收范围到465nm和454nm；对锐钛矿Ti02(101)面，I替位O可使禁带宽度减少0．28eV，光吸收范围提高至420nm，而I替位Ti时，禁带中出现一条带隙，对扩展光吸收范围有利。对于C／N共掺杂锐钛矿Ti02(101)面，C／N分别替位Ti／O表面结构的禁带宽度减少为1．703eV，比C／N单掺杂时更小，这主要是由于C掺杂可使导带略微下移，而N的2p电子态位于

8、价带顶部也可使禁带宽度减少，二者产生协同作用，共同促