基于第一性原理的W18O49納米線及其NO2分子吸附性能的研究.pdf

1、本論文應用基于密度泛函理論的第一性原理研究NO2吸附的W18O49納米線的電學性質(zhì),包括能帶結(jié)構,態(tài)密度,電荷布局分布。由于W18O49具有非對稱結(jié)構,因此在計算中采用兩種納米線模型,分別包含W5+離子和W6+離子,以使W18O49體材料中的不同原子均包含在納米線中。通過計算兩種納米線各種吸附模型的能量,獲得最優(yōu)吸附模型,進而討論其吸附性能。計算結(jié)果表明,NO2的吸附在價帶引入新的能帶,并且使得費米能級向帶隙移動,吸附后的納米線電荷載流

2、子濃度減小。通過分析電荷布局分布可知,與WO3納米線相比,NO2在W18O49納米線表面的吸附可以導致更多的電子轉(zhuǎn)移到NO2,表明W18O49納米線較WO3納米線具有更高NO2氣敏響應性能。這一結(jié)論與實驗結(jié)果相吻合。
　　對所建立的納米線進行Ti摻雜,由于Ti4+離子具有比W5+/6+離子較低的價態(tài), Ti原子替換W原子將會導致納米線具有更多的缺陷和結(jié)構扭曲。Ti摻雜對兩類納米線的能量具有相同的影響趨勢,均使得納米線穩(wěn)定性降低,電

3、子波函數(shù)交疊,且對納米線費米能級附近能帶結(jié)構影響較大。對摻雜納米線吸附能的計算發(fā)現(xiàn),摻雜納米線吸附能升高,即納米線變得更不穩(wěn)定。對于不同原子組成及結(jié)構的納米線,摻雜吸附后表現(xiàn)出不同的電子結(jié)構變化,兩類W18O49納米線因具有不同的摻雜結(jié)構和吸附性質(zhì)而表現(xiàn)出不同的氣敏響應特性。對兩類摻雜納米線的最優(yōu)吸附模型N-O6和N-O11的電子布局分布分析表明,NO2作為電子受體從W18O49納米線的導帶奪取電子。兩個最優(yōu)吸附模型下,NO2從兩類納米