金紅石相TiO2是一種新型的半導(dǎo)體光催化材料,擁有較好的穩(wěn)定性、無毒性、耐腐蝕性、高效性、無污染以及價格較低等許多優(yōu)點,成為當下應(yīng)用最為廣泛的材料。由于金紅石相TiO2本身擁有較寬的禁帶（3.0 eV）,只能在紫外光（波長小于400 nm）范圍內(nèi)才具有催化活性,使其對可見光的利用率低,從而限制了TiO2在光催化技術(shù)領(lǐng)域的實際應(yīng)用。因此,目前多數(shù)學(xué)者采用離子摻雜來擴大其對可見光的響應(yīng)。為此,本文采用第一性原理研究了非金屬單摻、非金屬共摻及金屬-非金屬共摻對TiO2的幾何結(jié)構(gòu),缺陷形成能,態(tài)密度,電荷分布以及光學(xué)性能的影響。我們首先以密度泛函理論平面波超軟贗勢的方法為基礎(chǔ),使用Materials Studio程序中的CASTEP模塊優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)。在優(yōu)化好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,在Gaussian 09中的高斯軌道框架下采用HSE06雜化泛函方法和修改后的6-31G基組計算電子性能,因為在高斯軌道下的HSE06雜化泛函可以計算得到與實驗值最接近的帶隙值,因此這些帶隙值可以看作是真實的實驗值。研究結(jié)果顯示,非金屬B、C、N、F、S取代O摻雜后的體相結(jié)構(gòu)會發(fā)生晶格畸變,而且C、N、S間隙單摻后的晶格畸變程... 

【文章來源】：昆明理工大學(xué)云南省

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

非金屬替位單摻金紅石相TiO2的晶胞模型示意圖

圍內(nèi)的吸收能力逐漸減弱，提高了光催化活性，與文獻的報道單摻的結(jié)構(gòu)，在可見光范圍內(nèi)的吸收系數(shù)呈現(xiàn)出非常慢的遞減，光吸收能力，這是由于摻雜后禁帶寬度基本上不變，但該摻雜得體系中局部偶極矩發(fā)生變化，有利于阻止電子-空穴對的重組換效率[77-81]。對于 S 替位單摻的體系，在進入可見光范圍內(nèi)就線重合，原因是在帶隙中引入了兩個深雜質(zhì)能級，增加了空穴，不利于我們改善光催化性能。綜上所述，在 C 摻雜的體系中展現(xiàn)出明顯的紅移，增加了對可見光的吸收。除此以外，由態(tài)，不僅帶隙減小了，而且靠近價帶頂和導(dǎo)帶底的淺雜質(zhì)能級可空穴的捕獲井，阻礙了光生載流子的復(fù)合并延長它們產(chǎn)生后的光生電子和空穴遷移到表面，與吸附在表面的有機物發(fā)生光催反應(yīng)，從而消除有機物，實現(xiàn)治理環(huán)境的目標。

28圖 4.5 非金屬間隙單摻金紅石相 TiO2的模型示意圖atic diagram of the cell model of non-metal interstitial do間隙單摻對金紅石相 TiO2幾何結(jié)構(gòu)的影響子放到間隙位置后，我們對以上這 5 種非金屬間隙摻5 所示。由于 B 和 F 間隙單摻體系在幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化沒有列出優(yōu)化的結(jié)果。對于 C、N、S 這三種間隙摻雜C、S 間隙摻雜中 b 的值也出現(xiàn)了增大，但是在 N 間隙；c 的值也全部都比摻雜前增大。相比上一節(jié)提到的隙單摻情況下的體積膨脹更為明顯，分別比 C/N 替位 0.559 3，這表明了這兩種間隙摻雜體系的晶格畸變體系；而 S 間隙摻雜的晶胞參數(shù)相比純 TiO2體系有

【參考文獻】：
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