非金屬摻雜TiO-,2-的光學(xué)性質(zhì)第一性原理研究.pdf

1、由于TiO2具有無毒、化學(xué)穩(wěn)定性好、可循環(huán)利用等獨(dú)有的物理化學(xué)特性，所以被認(rèn)為是一種比較理想的光催化材料。但是由于TiO2的禁帶寬度比較大，因而只能吸收太陽光中的紫外光部分，造成其對(duì)太陽光的利用率不高。這也是嚴(yán)重制約其發(fā)展的重要原因。摻雜改性是提高光催化活性的主要途徑。本文從第一性原理出發(fā)，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算，研究本征TiO2和非金屬摻雜TiO2的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。對(duì)非金屬摻雜TiO2能夠?qū)崿F(xiàn)光吸收帶紅移作出理論解釋，并簡單對(duì)非金屬摻雜T

2、iO2作一個(gè)總結(jié)和比較。為了得到此結(jié)果，本文主要作了如下幾個(gè)工作。 首先，計(jì)算本征TiO2的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)，先對(duì)能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度的分析，得出本征TiO2的價(jià)帶主要是由O的2p態(tài)貢獻(xiàn)的，導(dǎo)帶主要是由Ti的3d態(tài)貢獻(xiàn)的。然后再對(duì)光學(xué)性質(zhì)分析，通過研究光吸收系數(shù)、復(fù)折射率、介電函數(shù)的峰位得出本征TiO2光響應(yīng)區(qū)主要在紫外區(qū)。這些都為接下來研究非金屬摻雜TiO2作了充分的準(zhǔn)備。 其次，本文對(duì)N摻雜TiO2作了詳細(xì)的分析，通過

3、分析得出N摻雜TiO2能使能帶帶間隙減小，介電函數(shù)虛部和吸收系數(shù)光譜圖都向低能區(qū)移動(dòng)，即光吸收帶實(shí)現(xiàn)紅移。這主要是由于O和N的最外層電子的2p態(tài)強(qiáng)烈混合造成價(jià)帶頂上移，N的2p態(tài)和Ti的3d態(tài)強(qiáng)烈關(guān)聯(lián)造成導(dǎo)帶低下移共同作用的結(jié)果。這同時(shí)也為后面分析一些常見的非金屬摻雜TiO2作準(zhǔn)備。 最后，本文對(duì)C、P、N、S摻雜TiO2進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明，C、P、N、S摻雜銳鈦礦TiO2都能使TiO2的光催化吸收帶在一定程度上紅移，并在可