Fe(III)掺杂对TiO2光催化活性的影响机理

采用平面波赝势(PWPP)方法进行密度泛函(DFT)总能量计算,优化了TiO2超晶胞构型参数,模拟计算了Fe(III)掺杂锐钛矿TiO2对能隙、Fermi能级、态密度的影响.Fe(III)掺杂锐钛矿TiO2晶体后禁带(Eg)变小,TiO2的Fermi能级降低,使TiO2 的吸收带红移,同时电子-空穴在表面的复合几率降低,从而增强了光催化的活性.     

Pb2+掺杂对Cd1-xZnxS光催化产氢性能的影响规律

采用共沉淀法制备了Pb2 掺杂的Cd0.2Zn0.8S及Cd0.8Zn0.2S固溶体光催化剂.实验结果表明,Pb2 掺杂的宽带隙固溶体Cd0.2Zn0.8S在6s轨道与固溶体的价带杂化后提升了价带位置,降低了半导体的带隙,因而提高了产氢活性.当Pb2 掺杂窄带隙固溶体Cd0.8Zn0.2 S后,形成固溶体价带附近的杂质能级,并成为光生电子空穴复合中心,因而不能提高产氢性能.因此,Pb2 对半导体的可见光改性仅适用于较宽带隙的半导体.     

刚玉晶体中过渡金属元素(Cu、Fe、Mn、Cr、V、Ti)杂质态的研究

本文通过原子簇模型用离散变分法自洽地计算了刚玉晶体中部份过渡金属元素引入的杂质态,并与纯净刚玉晶体的电子结构作了比较。计算结果表明:杂质在禁带中都引入杂质能级,在给定的掺杂浓度下,能级的多少与杂质元素的原子序数有关。Ti只引入了一个杂质能级,Cr及V引入二个杂质能级,Mn、Fe及Cu引入三个能级,其中Cu、Fe有一个能级已进入价带。掺杂晶体与纯净晶体相同,其导带由O_3Al_3 带杂化而成,价带为O_(2p)带。但整个能带与纯净晶体相比都向能量值小的方向移动,且价带加宽,禁带变窄。变化规律与掺杂元素的原子序数、电子数、离子半径有关。     

轻稀土掺杂TiO_2(101)面的电子结构和光学性质的理论研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了轻稀土掺杂TiO_2(101)面的电子结构和光学性质,并讨论了其内部的微观机制.研究结果表明:稀土掺杂TiO_2(101)面时,掺杂原子诱导掺杂体系的价带顶和导带底出现了显著的不对称,掺杂体系形成了兼并型的P型或N型半导体.掺杂体系的价带和导带出现了明显的移动,平均带隙相比未掺杂体系均出现了不同程度的增加,但是在带隙中出现了浅杂质能级.稀土原子替代O原子或以插入原子形成掺杂体系的光吸收强度明显高于稀土原子替代Ti原子形成的掺杂体系.La@O13体系和Ce@O13体系的光吸收能力最强,其可以归因于净磁矩的产生和浅杂质能级的形成,从而致使电子空穴对的产生和分离,进一步提高了掺杂体系在可见光区域的光催化吸收强度.研究结果可为二氧化钛在光电子器件领域的应用开发提供有益的理论依据.     

V掺杂CrSi2能带结构的第1性原理计算

 采用基于第1性原理的密度泛函理论(DFT)赝势平面波方法和广义梯度近似,计算了V掺杂CrSi₂体系的能带结构和态密度,计算结果表明,本体CrSi₂是具有ΔE_g=0.35eV狭窄能隙的间接带隙半导体,其费米面附近的态密度主要由Cr的3d层电子和Si的3p层电子的态密度决定;V替代Cr掺杂后,费米能级进入价带,费米面插在价带的中间,带隙变窄,且间接带隙宽度ΔE_g=0.25eV;掺杂后费米面附近的电子能态密度则由Cr的3d层电子、V的3d层电子和Si的3p层电子的态密度共同决定,掺杂后V原子成为受主,在价带顶附近贡献了一定数量的空穴,使掺杂后CrSi₂的导电类型变为p型,提高了材料的电导率.     

Ag掺杂对TiO_2性质影响的第一性原理研究

采用Ag原子对锐钛矿型TiO2半导体进行掺杂,利用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Ag掺杂TiO2的晶体结构和能带结构.计算表明,Ag掺杂导致TiO2电子局域能级的出现及禁带变窄,从而导致吸收光谱红移.同时对Ag、Cu这两种同族原子进行掺杂比较,结果证明,用Ag原子对锐钛矿型TiO2进行掺杂在提高光催化性能方面效果更好.     

氮掺杂ZnO四足体的制备及其光催化性能研究

首次制备了氮掺杂的ZnO四足体,并采用SEM和XPS对其结构进行了表征。我们首次采用紫外-可见光分光光度计来测定氮掺杂的ZnO四足体的带隙,结果表明氮掺杂后ZnO四足体的带隙明显变窄,这归因于杂质氮2p轨道远远高于ZnO价带的最大值,带隙明显变窄提高了Arrhenius方程中的速率常数k值。也就是说,氮掺杂使带隙变窄,导致ZnO四足体的光催化活性提高。     

Cr掺杂锐钛矿相TiO2电子结构的第一性原理计算

对Cr掺杂TiO2进行了基于密度泛函理论的第一性原理研究．通过对能带、态密度及电子分布密度图的分析,发现在Cr掺杂后,Cr原子3d轨道上的电子在TiO2的导带底产生了不稳定的杂质能级,使得禁带宽度变窄,在较小的光量子能量照射下（即在较大波长的光照射下）它的催化性能有所提高;但由于它的杂质能级波动幅度较大,在短波长的光照射下,跃迁上的电子容易发生跌落,使得掺Cr的锐钛矿相TiO2光催化性能降低．     

第一性原理计算Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构

利用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法对Zr/S共掺杂锐钛矿相TiO2的晶格参数、电荷布居、能带结构、电子分态密度和吸收光谱进行了计算.计算结果表明:Zr/S共掺杂导致锐钛矿相TiO2的晶格畸变使其体积变大,共掺杂时Zr和S的电荷布居数与单掺杂前的布居数略有不同;Zr/S共掺杂还导致锐钛矿相TiO2的禁带宽度变大0.1eV,达到2.30eV,但是由于Zr/S共掺杂在TiO2禁带之内引入了杂质能级,这些杂质能级可以作为电子跃迁的"台阶"而降低电子从价带跃迁到导带所需的激发光子能量,这有可能是实验上制备的Zr/S共掺杂TiO2具有较高光催化活性的内在原因.     

Zn掺杂锐钛矿TiO2的电子结构及光学性质的研究

采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理对Zn掺杂锐钛矿TiO_2进行了结构优化,并对掺杂前后的能带结构、电子态密度和吸收光谱进行了计算。研究表明:Zn掺杂锐钛矿TiO_2体系为间接带隙半导体,在价带顶部引入了杂质能级,杂质能级主要由O-2p轨道和Zn-3d轨道贡献,杂质能级的引入增强了TiO_2对可见光区的响应,增大TiO_2的光吸收范围。实验结果表明:Zn掺杂使锐钛矿TiO_2吸收边红移,并能增强TiO_2的光电效应,可用于材料的光阴极保护。     

第一性原理对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag纳米团簇电子性质研究

由于自身电子性质的可协调性,镉硫族半导体尤其是掺杂的纳米半导体团簇吸引了广泛关注.采用密度泛函理论的方法对Cd_nSe_n(11≤n≤16)和Cd_(15)Se_(16)Ag稳定结构进行了模拟研究分析.考虑到Ag原子掺杂在Cd_(16)Se_(16)纳米团簇中位置的不同,主要讨论了两种可能的掺杂位(S_1,S_2).基于此,详细地分析了Cd_(15)Se_(16)AgS_1和Cd_(15)Se_(16)AgS_2团簇的几何结构和电子性质.Ag原子的掺杂改变了其自身的对称群和大小,而Ag原子掺杂位置的不同也被重点关注.此外,详细分析了结合能、带隙、态密度和电荷密度分布.结果表明掺杂后引入了一个新的能级,该能级被称为受主能级.介于价带和导带间的受主能级电荷密度的贡献主要来自于Se原子的p轨道和Ag原子的d轨道.这些说明了Ag原子掺杂和掺杂位置是两个影响着团簇电子性质的重要原因.     

含杂质方铅矿的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)的计算方法,研究银、铟和铊杂质对方铅矿晶体电子能带结构和光学性质的影响。结果表明,银和铊杂质使方铅矿的带隙变窄,而铟杂质相反。当方铅矿晶体中的铅原子被银和铊取代时,费米能级向低能方向移动;且在价带中出现了铟和铊的杂质能级。银和铊杂质没有改变方铅矿的半导体类型,铟杂质的掺入使方铅矿由直接带隙p型半导体转变为间接带隙n型半导体。这有利于电子的转移和提高方铅矿的电化学反应活性。光学性质的计算结果表明,银、铟和铊杂质使方铅矿的吸收带红移。特别是银杂质的存在使方铅矿的吸收系数增加了三个数量级。     

锐钛矿型TiO_2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究.本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况.分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2.6 eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0.25 eV的杂质能级.结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是p型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质.     

锐钛矿型TiO2空位缺陷性质的第一性原理研究

近年来运用减小TiO2禁带宽度的方法来提高TiO2的活性在实验上被广泛研究。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法研究了锐钛矿相TiO2点空位缺陷性质和在具有点空位缺陷情况下的晶体结构、能带结构与态密度状况。分析发现缺陷使晶体结构发生畸变;近邻缺陷氧原子有靠近氧空位而远离钛空位的趋势,而近邻缺陷钛原子有靠近钛空位而远离氧空位的趋势;氧空位缺陷使费迷能级升高大约2．6eV而钛空位缺陷使费米能级降低,并在价带顶部产生一个与价带顶能量相差约0．25eV的杂质能级。结果表明,氧空位使导带变宽是n型杂质而钛空位使导带变窄是P型杂质,氧空位附近多余电子的主要贡献在价带,引起电荷布居数变化并改变了晶体中电子局域化运动的性质。     

可见光响应复合金属氧化物光催化剂的分子设计

本文基于密度泛函理论的第一性原理,利用模拟软件materials studio(MS)中Castep模块,研究了锐钛相TiO2晶体的几何结构、能带结构、电子密度,以及不同金属掺杂对TiO2晶体几何结构和电子结构的影响.计算得到的能带结构和态密度等数据结果标明:掺杂离子的能级位置对TiO2的可见光吸收效率有重要影响.当掺杂金属在其价带顶或导带底附近产生新的"杂质能级",可以拓宽TiO2对可见光的吸收范围,并增强吸收强度,进而认为,Bi的掺杂是较好的研究方向.     

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.     

高压绝缘α—Al2O3涂层的XPS和EELS表面分析

用不同配方的Mn,Cr,Ti混合物涂复α-Al2O3绝缘瓷表面，在适当的条件下热处理，利用XPS和EELS测试分析了表面层的电子能态，发现在退火后各涂层成分的含量变化明显，由于配方元素不同程度地扩散、渗透进95Al2O3陶瓷基底内，通过反应生成了新相；根据价带谱和EELS分析，其表面层的价带项移向真空能级，使能隙减小；能隙中的缺陷态、杂质态及表面态增加，有利于内次级电子的非弹性跃迁和二次电子发射系数的减小。     

Y-Nb共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果 Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O 2p态、Ti 3d和Y 3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论 Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

Y-Nb共掺杂金红石型Ti02电子结构和光学性质的第一性原理研究

目的计算分析Y-Nb共掺杂对金红石型TiO2的微观结构、电子结构和光学性质的影响,为实验研究和实际应用提供理论依据。方法采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势计算方法。结果Y掺杂后禁带宽度减小,出现受主能级并跨越了费米能级,低能区出现介电峰,价带主要由O2p态、Ti3d和Y3p4d态共同构成;Nb掺杂后禁带宽度有所减小,价带和导带整体负移,但是对介电峰没有明显的影响;Y-Nb共掺杂的形成能最低,杂质原子引起了晶格结构的畸变,使得以Ti为中心和分别以Y、Nb为中心的氧八面体正负电荷中心分离,从而产生内偶极矩,有利于光生电子空穴对的分离。结论Y-Nb共掺杂极大地减小了禁带的宽度,提高了金红石型TiO2对可见光吸收性,从而减少电子从价带跃迁到导带所需的能量。     

同主族C-Si共掺杂TiO2可见光区光催化性能的第一性原理计算

本文利用密度泛函理论（DFT）第一性原理平面波超软赝方法对C-Si共掺杂TiO2电子结构、差分电荷密度和光学特性进行了研究,计算结果表明,共掺杂能明显降低体系的带隙(约为1.7eV)。能有效增加其光催化活性;从总态密度图可以得到,费米能级附近的杂质态降低了载波跃迁能。C-Si的共掺杂能有效提高其在可见光区域的吸收系数,特别是在三种不同的构型中,第三构型在可见光区域具有最大吸收系数。