稀土掺杂板钛矿相TiO_2第一性原理研究

基于第一性原理,以板钛矿相TiO2、稀土/板钛矿相TiO2原胞为基本模型,利用MS4.0软件的castep模块结合ATK软件计算了17种稀土/板钛矿相TiO2的态密度、晶体能、能隙等参数。结果表明:除Sc、Y外,其余稀土元素均有利于降低板钛矿相TiO2的能隙,其与4 f电子结构相对应。Sc和Y利于降低板钛矿相TiO2的晶体能,其利于降低合成所需能量。     

四方ZrO_2弹性常数、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了四方ZrO2的弹性常数、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符;计算结果表明四方ZrO2的晶体结构是稳定的,四方ZrO2属于间接带隙氧化物,禁带宽度为4.06 eV.经带隙校正后,计算得到四方ZrO2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和光电导谱;计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为4.83和4.30;折射率分别为2.20和2.07;计算结果表明了四方ZrO2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为四方ZrO2的应用提供了理论依据.     

六方HfB_2弹性性质、电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了六方HfB2的几何结构、弹性性质、电子结构和光学性质.计算得到的晶格常数和弹性常数均与实验值相符,并说明了六方HfB2的晶体结构是稳定的;通过Reuss-Voigt-Hill模型计算得到了六方HfB2的体积、剪切、杨氏模量及泊松比,同时获得了六方HfB2的德拜温度,计算结果都与实验值相一致;六方HfB2的电子结构表明其具有金属性和共价性;计算得到六方HfB2在(100)和(001)方向上的光学线性响应函数随光子能量的变化关系,包括复介电函数、复折射率、反射光谱、吸收光谱、损失函数和复光电导谱,计算得到其静态介电常数在(100)和(001)方向上分别为47.92和27.77,折射率分别为6.93和5.27,计算结果表明了六方HfB2在(100)和(001)方向上具有光学各向异性,这为六方HfB2的应用提供了理论参考数据.     

LiB3O5晶体电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波超软赝势方法,对正交相LiB3O5晶体的能带结构、能态密度和光学性质进行了系统地计算,计算结果表明LiB3O5是一种直接带隙晶体,禁带宽度为6.273eV,其导带和价带主要由B和O的2p态电子决定;同时,LiB3O5晶体表现出一定的各向异性,当入射光偏振方向分别沿三个晶轴[100]、[010]、[001]方向时,其静态介电常数ε1(0)分别为1.86、1.99和1.90,静态折射率n(0)分别为1.37,1.41和1.38,吸收系数最大峰值为2.2×105 cm-1,最大反射率为23.6%.     

四方晶相HfO2电子结构和弹性常数的第一性原理计算

通过基于密度泛函理论(DFT)框架下局域密度近似(LDA)平面波超软赝势法,计算了四方晶相HfO2基态的电子结构和弹性系数矩阵.根据晶体场理论和分子轨道理论分析了四方晶相HfO2的分子轨道成键,其结果与计算得到的态密度图能很好吻合.计算得到四方晶相HfO2的弹性系数C11、C12、C13、C33、C44和C66分别为397.38、256.23、114.92、390.66、52.70和168.90GPa,体积模量为234.73(±5.51)GPa,在[100]和[001]方向上的杨氏模量分别为227.51 GPa和350.26 GPa.计算结果与其他文献值基本相符,这为四方晶相FfO2的实际应用提供了理论依据.     

板钛矿和锐钛矿TiO2对水热合成Bi4Ti3O12微结构的影响

分别以板钛矿和锐钛矿型的TiO2为先驱物水热合成钛酸铋亚微米棒.由X射线衍射、选区电子衍射以及Raman光谱的测量结果可知,合成的产品为Bi4Ti3O12. 源自板钛矿和锐钛矿的Bi4Ti3O12,其结构表现出明显的差异.在同样的条件下,Bi插入锐钛矿TiO2的量多于其插入板钛矿TiO2的量,从而导致部分X射线衍射峰向高角度方向稍微移动.保留下来的短Ti-O键限制了b-Bi4Ti3O12亚微米棒沿[010]方向生长,使得b-Bi4Ti3O12亚微米棒长度不均.     

纳米TiO_2的低温制备及光催化活性研究

以钛酸丁酯为前躯体,在低温(40℃)下制备了TiO2薄膜,并评价其光催化活性.结果表明:在40℃条件下制备的光催化剂,具有锐钛矿相和板钛矿相两种晶相,粒径为5 nm.光催化甲醛实验表明,制备的TiO2薄膜不需经过高温处理,光照2 h甲醛的降解率达60%,且稳定性较好,可重复使用.     

含钛高炉渣活度模型的建立及热力学分析

根据分子离子共存理论,建立了CaO-SiO2-MgO-Al2O3-TiO2含钛高炉渣活度模型,模型计算结果与实验测定结果吻合较好.利用该模型并结合相图计算分析了碱度和w(TiO2)对含钛高炉渣主要组元活度的影响.结果表明,含钛高炉渣中钛的主要赋存相是CaO·TiO2,1500℃时典型含钛高炉渣中CaO·TiO2的活度为0.18.随着碱度和w(TiO2)增加,CaO·TiO2活度先增后减.当碱度区间在1.08~3.08,w(TiO2)在26%~43%的条件下,有利于CaO·TiO2活度的增加,促进钛组分在钙钛矿中富集.CaO·TiO2活度最大值所需碱度随TiO2含量的增加而增加,当含钛高炉渣中w(TiO2)为20%~28%时碱度为1.34~1.63,对促进钛在钙钛矿中的富集是有利的.     

N/Fe共掺杂锐钛矿TiO_2(001)面协同作用的第一性原理研究

基于周期性密度泛函理论,本文研究了Fe在锐钛矿TiO2(001)面吸附、替位掺杂及晶隙掺杂,以及N在Fe/TiO2(001)稳定结构上的吸附及掺杂.讨论了不同掺杂后晶体稳定结构、形成能、能带结构及态密度的变化.为与表面氧空位进行对比,计算了氧空位存在下TiO2(001)面的能带结构.通过形成能的比较可以发现,Fe原子更倾向于掺杂在晶体(001)表面晶隙,N则倾向于吸附在Fe顶部,并形成稳定的N-Fe键.通过对电子结构的分析发现:稳定的N-Fe共吸附形式,使得TiO2呈现出金属性,有利于其催化氧化性能的提升.     

Ni、Cu、Pt掺杂改性锐钛矿相TiO2原理的全势线性缀加平面波法分析

利用基于密度泛函理论(DFT)的全势线性缀加平面波(FP-LAPW)法,计算并比较Ni、Cu、Pt掺杂前后锐钛矿相TiO2晶体的能隙和电子态密度.计算结果表明,Ni、Cu、Pt掺杂后TiO2 的带隙分别为1 33、1 87和1 17 eV,相对于未掺杂的锐钛矿相TiO2(带隙为2 30 eV)都有明显的变窄,因而使吸收光谱红移.对于相同剂量的掺杂,同周期的Ni比Cu的掺杂效果更明显,同副族的Pt比Ni的掺杂效果更明显.     

纳米TiO_2光催化降解活性染料研究

以钛酸四丁酯、乙醇等为原料,采用凝胶-溶胶法制得纳米TiO2,研究了纳米TiO2光催化降解活性艳蓝KNR、活性艳红K2G、活性翠蓝KGL和活性GR黑4种染料的降解效果.实验结果表明:TiO2对4种染料具有显著的光催化降解作用.同时分析了TiO2的投加量、溶液的初始浓度等因素对染料光催化降解效率的影响.     

闪锌矿型CdSe电子结构和光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了闪锌矿型CdSe的电子结构和光学性质。计算结果表明闪锌矿型CdSe为直接带隙半导体,禁带宽度为0.52eV。计算并分析了闪锌矿型CdSe的复介电函数、复折射率、反射率、吸收系数、损失函数和光电导率,计算得到其静态介电常数为6.18,折射率为2.49,吸收系数的最大峰值为298362.9cm1,理论计算结果与其他文献结果基本一致,为闪锌矿型CdSe的应用提供了理论参考数据。     

闪锌矿型HgTe电子结构和光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论(DFT)框架下广义梯度近似平面波超软赝势法,计算了闪锌矿型HgTe的电子结构和光学性质,包括能带、态密度、电子密度、复介电函数、复折射率、反射率、吸收系数、损失函数和光电导率.计算结果显示闪锌矿型HgTe为半金属,计算得到其折射率为4.39,静态介电常数为19.24,为闪锌矿型HgTe的应用提供了理论依据.     

Pt掺杂锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质第一性原理研究

为了研究Pt掺杂对锐钛矿型TiO2电子结构和光学性质的影响,本文采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法,对未掺杂和Pt掺杂锐钛矿型TiO2的电子结构和光学性质做第一性原理计算。得到了掺杂前后的品格结构常数、结合能电子态密度分布、能带结构、介电函数虚部、光吸收系数等性质,定性地分析了掺杂前后能带结构和光学性质的变化。研究结果表明,Pt掺杂锐钛矿型TiO2带隙中能产生新的能带,而且能带位置明显下移,掺杂后不但能使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,表现出较高的光催化活性,理论与实验基本吻合。     

新型纳米复合光催化剂的研究

采用水解法与柠檬酸法结合制备TiO2-ZnFe2O4复合光催化剂纳米粉，利用X射线衍射及透射电镜对其进行表征，通过复合光催化剂对甲基橙的降解试验研究其光催化性能及其催化作用机理．制备得新型的复合光催化剂，其中含1％铁酸锌的复合催化剂平均粒径为15nm，颗粒粒径分布较为均匀，在紫外灯光源及太阳光光源下均表现出较好的光催化能力。     

TiO2-HPA薄膜抑制大肠杆菌作用研究

用溶胶-凝胶法制备了不同浓度、不同层数的掺有杂多酸的TiO2薄膜,研究了HPA浓度、镀膜层数对薄膜抑菌性能的影响。结果表明：掺杂1.25%HPA的TiO2-HPA薄膜的抑菌效果较好,随着镀膜层数的增加,膜的抑菌性能逐步提高。     

琼脂含量对Li2TiO3陶瓷微球制备工艺的影响

Li2TiO3陶瓷具有Li原子密度较高、化学稳定性好、氚滞留量低、与结构材料的相容性好、低温下氚的释放性能优异等优点,已经成为聚变反应堆包层用氚增殖剂候选材料之一。以琼脂为凝胶剂、Li2CO3和TiO2粉体为原料,探讨了直接湿法制备Li2TiO3陶瓷微球的成球机理,研究了琼脂和水的含量对陶瓷微球球形度和显微结构的影响。结果表明,琼脂质量分数为Li2TiO3粉体质量的3%、水浴温度为85℃时所制备的陶瓷微球具有较高的球形度。1 300℃烧结的Li2TiO3陶瓷微球具有较高的烧结密度,可达理论密度的84.9%。陶瓷微球富含微孔结构,孔径尺寸主要分布在0.03～0.20μm。     

纳米TiO_2对HIPS高性能化的改性研究

为使高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)高性能化 ,该文通过对纳米TiO2 表面预处理及选择特定的高分子分散剂和母料法制备工艺制备了HIPS/纳米TiO2 复合材料。测试结果表明 ,在纳米TiO2 含量为 2 %时 ,复合材料的缺口冲击强度、拉伸强度及弹性模量上升至最大值 ,显示出纳米TiO2 对HIPS具有同时增强增韧效果 ,且复合材料的耐热性能、阻燃性能和抗热老化性能都得到提高 ,同时复合材料的流变行为和加工性能与原HIPS相近