金屬摻雜α-Bi2O3與銳鈦礦TiO2(101)表面的第一性原理研究.pdf

1、納米半導(dǎo)體光催化劑在很多方面都存著巨大的應(yīng)用價(jià)值，尤其是在控制環(huán)境污染方面和研究開(kāi)發(fā)新能源材料方面。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展和材料模擬計(jì)算技術(shù)的不斷提高，對(duì)納米半導(dǎo)體光催化劑材料的研究以及設(shè)計(jì)出新型的半導(dǎo)體光催化劑材料已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)之一。
　　在所有的納米半導(dǎo)體光催化劑研究當(dāng)中，對(duì)TiO2和Bi2O3的研究最為熱切。目前的研究表明除了晶型與晶體尺寸對(duì)TiO2的光催化活性有影響外，表面性質(zhì)對(duì)它的光催化效果也有很重要的影響。這是

2、因?yàn)楣獯呋磻?yīng)大都發(fā)生在表面，而目前實(shí)驗(yàn)和理論上已有針對(duì)不同的光催化反應(yīng)過(guò)程對(duì)表而有不同程度的研究，因此有必要對(duì)表面進(jìn)行深入的研究。在TiO2所有的表面中它的低指數(shù)面(101)最為穩(wěn)定的，同時(shí)也是暴露最多的表而，因此研究其(101)表面有實(shí)際應(yīng)用的可能。另外一種重要的光催化劑半導(dǎo)體材料Bi2O3，其中α相為熱力學(xué)室溫穩(wěn)定相，其禁帶寬度為2.85eV，響應(yīng)可見(jiàn)光的波長(zhǎng)為440nm。為了進(jìn)一步提高Bi2O3材料對(duì)可見(jiàn)光的利用，所以有必要為了

3、改善它的光催化活性而進(jìn)行研究，其中摻雜是最有效的方法。
　　本論文以α-Bi2O3和銳鈦礦相TiO2的(101)面作為研究對(duì)象，建立起不同的晶體模型并進(jìn)行第一性原理的計(jì)算研究。研究的具體內(nèi)容和計(jì)算結(jié)果如下:
　　1.Cu、In、Mo摻雜對(duì)α-Bi2O3的結(jié)構(gòu)和電子特性的影響的研究。
　　本章通過(guò)密度泛函理論首次對(duì)α相Bi2O3進(jìn)行Cu、Mo、In取代摻雜計(jì)算，并且計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。計(jì)算表明，Cu摻雜以后在Bi2O

4、3的禁帶中出現(xiàn)雜質(zhì)態(tài)，而Mo和In摻雜則是通過(guò)影響B(tài)i2O3價(jià)帶項(xiàng)和導(dǎo)帶底的位置來(lái)改變它的禁帶寬度。此外還對(duì)這三種取代摻雜的缺陷形成能進(jìn)行比較。
　　2.研究了TiO2的塊體和(101)表面的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。
　　通過(guò)第一性原理方法對(duì)塊體TiO2及其(101)表面進(jìn)行理論研究。我們首先用MaterialsStudio軟件建立起TiO2的單胞模型和清潔的(101)表面的slab模型。然后利用VASP軟件對(duì)建立的模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)