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。     

Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

Si掺杂金红石TiO2光学特性的第一性原理研究

TiO2是一种重要的n型金属氧化物半导体功能材料。近年来的实验与理论研究表明,运用杂质掺入来减小TiO2禁带宽度是提高其活性的一种有效办法。本文运用基于局域密度泛函和赝势的第一性原理方法,从理论上研究了Si掺杂金红石相TiO2的电子结构和光学特性。通过能带结构、态密度及电荷布居的分析发现,Si原子的引入使Si-Ti的键长发生明显的变化,近邻氧原子有靠近硅原子的趋势而近邻钛原子有远离硅原子的趋势。半导体禁带宽度没有明显变化,但是禁带中产生了一个杂质能级,该杂质能级主要是由Si的3p电子和Ti的3d电子杂化引起的。因此,Si掺杂能使材料的宏观特性表现为电子激发能量减小,材料活性增强,响应可见光范围达到480nm左右。     

银掺杂TiO_2纳米管电子结构及光谱特性研究

用密度泛函理论(DFT),采用平面波超软赝势(PWPP)方法,模拟计算了Ag掺杂金红石TiO2对能隙、Fermi能级的影响,探讨其电子结构及光谱特性的变化.Ag掺杂使Fermi能级移入价带,带隙变窄,原因在于价带的上方引入了独立的杂质能级,使其带隙Eg减小了0.89eV.由于Ag的掺杂,光生电子由Fermi能级较高的TiO2纳米管表面转移至Fermi能级低的金属Ag内.紫外-可见光谱分析表明,由于Ag掺杂,TiO2对光的吸收发生红移39nm,其表观带隙变窄,证明在导带与价带之间存在杂质能级.XPS分析表明,—OH能够增强TiO2纳米管表面的酸活性点,有助于光催化氧化能力的提高.     

Cr、Mn掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的平面波超软赝势的方法,研究了纯锐钛矿相TiO2、Cr、Mn单掺杂TiO2的能带结构、电荷布居、态密度和光学性质.对电子性质分析发现:Mn掺杂引起杂质能带位于禁带中央,杂质能带最高点与导带相距大约0.6 eV,而最低点与价带相距大约0.65 eV,其中杂质能带主要由O原子的2p轨道和Mn原子的3d轨...     

深能级瞬态分析法研究纳米氧化锌的绿光发光机制

目的 研究纳米氧化锌的绿光发光机制.方法 深能级瞬态分析法.在实验设计中.根据衬底和薄膜的性质,利用示波器、纯电阻箱、信号源等简单的实验设备.在理论计算方面,用Matlab语言编程计算得到缺陷能级.结果 实验精度较高;缺陷能级距导带1.62 eV,这个能量差值恰和孙玉明在ZnO缺陷能级计算的博士论文中氧空位缺陷能级相符.结论 绿光发射是电子由导带到氧空位缺陷能级的跃迁所致.     

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.     

非掺杂锐钛矿相TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

运用第一性原理的LDA+U(U_(Ti)=5.8 eV)方法研究了Ti空位(V_(Ti))和O空位(VO)对非掺杂锐钛矿相TiO_2的电子结构和光学吸收性质的影响.研究表明V_(Ti)可以有效提升TiO_2体系对可见光的响应,而VO则不能.在双V_(Ti)体系,由于杂质能级数目的增多可降低TiO_2体系的有效禁带宽度,进一步提升了TiO_2在可见光区的吸收强度.在V_(Ti)和VO共存的TiO_2体系,由VO引入的两个电子占据了费米能级处的杂质能级会使体系的价带顶上移,同时由VO引入的杂质能级位于禁带之间可以作为价电子由价带向导带之间跃迁的桥梁,因此此种结构对可见光的响应是最好的,有效的提高了TiO_2半导体的光电转换效率和光催化能力.     

含氧空位立方HfO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究（英文）

利用基于第一性原理密度泛函理论框架下的平面波超软赝势法,研究了含氧空位立方HfO_2的几何结构、电子结构和光学性质。计算结果表明,氧空位缺陷对晶格参数的影响不明显。能带结构和态密度结果表明在-0.216 eV处出现了氧空位缺陷能级。通过对比纯立方HfO_2的光学吸收边,由于氧空位缺陷能级的出现,含氧空位立方HfO_2的光学吸收边向低能方向移动。此外,氧空位的出现导致了静态介电常数的增加。     

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.     

FFC工艺中阴极TiO2的导电性及影响因素分析

针对FFC工艺,通过TiO2烧结及电解实验,研究TiO2电极导电性.采用X射线衍射仪(XRD)对烧结前后的产物和电解产物进行分析.结果表明,高温烧结可以改变TiO2的能带结构,产生导电空位;TiO2电极在熔盐中形成双电层,使氧原子离子化,形成TiO2-x离子结构;熔盐中的离子渗透到TiO2电极内部,增加了电极内的导电离子数.TiO2电极的活化可通过高温烧结产生的导电空位、双电层形成的离子结构及渗透到电极内部的熔盐离子来实现,使FFC工艺中的电解得以顺利进行.     

纳米ZnO的温和液相法制备及其光催化性能

以ZnCl₂作为锌源,采用液相法制备了由粒径约17 nm的氧化锌粒子组合而成的花状六方纤锌矿晶体结构的氧空位缺陷型ZnO纳米材料,对制备的ZnO纳米材料的结构、形貌和成分进行了表征,计算了其禁带宽度,并通过光催化降解亚甲基蓝研究了其光催化性能.结果表明:氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有很好的结晶度和形貌,且禁带宽度为3.17 eV,低于普通ZnO的禁带宽度.当光催化降解亚甲基蓝溶液0.5、2.5 h时,降解率分别为20%和80%,降解速度是普通Ag纳米颗粒掺杂氧化锌的4倍,表明制备的氧空位缺陷型ZnO纳米材料具有优异的光催化性能.     

TiO_2电子结构的第一性原理计算

利用基于密度泛函理论的赝势方法对锐钛矿、金红石和萤石结构的TiO2进行模拟,研究了锐钛矿结构、金红石结构和萤石结构TiO2的基本性质参数,包括晶格常数、体弹模量B0和体弹模量对压强的一阶导数B0′。对模型进行结构优化后,应用第一性原理方法比较分析了三种晶型TiO2的电子结构,研究了其能带和态密度的分布情况,得出TiO2的价带主要是由O的2p态贡献的,导带主要是由Ti的3d态贡献的。得到三种晶型的禁带宽度,其中萤石结构的禁带宽度远小于金红石结构和锐钛矿结构,可以预计萤石TiO2光谱的吸收范围扩大,光催化性能会相应有所提高。     

空位缺陷对CrSi_2光电性能的影响

采用第一性原理方法,计算含空位缺陷CrSi2的电子结构和光学性质,并分析含Cr和Si空位缺陷的CrSi2光电性能.结果表明:Cr和Si空位均使CrSi2的晶格常数和体积变小;能带结构密集而平缓,且整体向上移动,Si空位缺陷形成带隙宽度为0.35eV的p型间接带隙半导体,Cr空位缺陷在原禁带间出现两条新的能带;含空位缺陷CrSi2的电子态密度仍主要由Cr3d层电子贡献,Si空位缺陷对电子态密度的影响较小,Cr空位缺陷提高了Fermi面处的电子态密度;与CrSi2相比,含空位缺陷CrSi2的介电峰均向低能方向略有偏移且峰值降低,吸收系数明显变小.     

N,F和S掺杂对TiO_2电子结构与光学性质的影响

基于第一性原理的计算方法研究了掺杂N,F,S的锐钛矿相TiO2的晶体结构、电子结构及光学性质。计算结果表明掺杂后晶格发生了变化,同时导带位置下移导致了TiO2的禁带宽度变小。S掺杂使TiO2在紫外光区和可见光区有更强的光吸收特性。     

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。     

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。     

紫外辐照纳米尺度TiO2薄膜亲水性转变的机理

用喇曼散射光谱、扫描隧道显微学（STM）和接触角等分析方法研究了纳米尺度TiO2薄膜经365nm波长紫外辐照后的疏水－亲水转变机理。实验中观察到氧空位和OH基团的喇曼峰。用STM进行薄膜结构分析，观察到TiO2表面金红石相到锐钛矿相的结构转变。研究结果表明，纳米尺度TiO2薄膜的光致亲水性强烈地依赖于其独特的表面微结构的变化。