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《华中科技大学》 2006年
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锐钛矿型TiO_2表面的理论研究

马新国  
【摘要】: TiO_2因其独特的物理化学性质,特别是作为光催化氧化剂,具有很高的氧化还原活性,在环境污染治理中有着广泛的应用前景,引起人们广泛关注。锐钛矿型TiO_2的稳定性比金红石型要差,但是在催化以及光催化领域却比金红石型更有效。在这些应用中,TiO_2的表面性质是研究的重点。本文从理论上研究锐钛矿型TiO_2(101)表面结构,以及硫(S)在该表面的掺杂和吸附。包括以下几个方面的内容: 1)基于密度泛函理论的平面波超软赝势方法研究了锐钛矿型TiO_2(101)面的表面能和几何结构。计算的结果显示,锐钛矿型TiO_2(101)面应终止于二配位的O_2c和五配位的Ti_(5c)。18层的Slab厚度和4?的真空厚度可以将表面能收敛于0.01J/m~2范围之内。计算的结果显示O_(2c)向表面里弛豫0.012A,Ti5c向外弛豫0.155A。 2) Slab的厚度对能带结构和态密度有很大的影响。仔细分析能带结构和态密度后,发现原子的弛豫导致了表面原子上的电荷从外向内转移。表面各种键重新杂化,致使表面上的键的离子性减少,共价性增强,表面上的键长缩短。表面上的氧空位导致了缺陷态的产生,它位于导带底的边沿。 3)比较S的阳离子掺杂和阴离子掺杂,发现了不同的能带结构和催化机制。S吸附在表面上的O空位,导致了与O空位相关的占据态的消失。S与表面的O原子的键连作用,有可能形成SO_2分子。计算出的表面形成能表明了O空位的产生影响表面分子的吸附,而S吸附在表面Ti空位上的结构最稳定。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TB302

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