模擬及實(shí)驗(yàn)研究(Ta,Mn,Fe,Co)-(C,N,H)共摻雜TiO2的電子結(jié)構(gòu)及光催化性能.pdf

1、TiO2光催化劑因?yàn)榫哂辛畠r(jià)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、無(wú)毒、催化活性高等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛研究。然而，由于其自身較大的能帶間隙值，因此只能吸收紫外光，同時(shí)具有高的電子-空穴復(fù)合率，這都限制了其實(shí)際應(yīng)用。因此提高TiO2光催化劑的可見(jiàn)光吸收和抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合率就顯得非常重要。具體內(nèi)容如下：
　?。?）鍵弛豫以及與此關(guān)聯(lián)的電子能量可以調(diào)制物質(zhì)的性質(zhì)。摻雜的方法是達(dá)到此目的的有效方法。本文基于第一性原理和實(shí)驗(yàn)的方法研究了四種（Ta-N1,

2、Ta-N2,Ta-N3和Ta-N4）不同共摻雜體系，摻雜N或Ta能夠調(diào)制TiO2在光催化實(shí)際應(yīng)用方面的電子性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和光催化響應(yīng)。結(jié)果表明Ta-,Ta-N2,Ta-N3和Ta-N4摻雜體系中形成的Ta-O鍵，不僅能減少電子的轉(zhuǎn)移能，而且能增加雜質(zhì)能級(jí)上載流子的遷移率。然而在Ta-N1摻雜體系中形成的Ta-N鍵，能夠使雜質(zhì)能級(jí)消失和減少了0.46eV能隙值。更重要的是，在可見(jiàn)光照射下，Ta-N共摻雜體系的光催化能力比純TiO2的2倍還

3、要多。
　?。?）采用拉曼光譜，X射線衍射，X射線光電子能譜，掃描電子顯微鏡和UV-vis吸收光譜表征了制備的Mn,N摻雜TiO2樣品的晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)態(tài)，表面形貌和光學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，基于第一性原理研究了摻雜體系的的形成能，晶體結(jié)構(gòu)，電子性質(zhì)。結(jié)果表明，能帶間隙值，載流子在價(jià)帶，導(dǎo)帶和雜質(zhì)能級(jí)上的遷移率的協(xié)同效應(yīng)共同影響著摻雜TiO2的可見(jiàn)光吸收和光催化活性。Mn-2N共摻雜TiO2在可見(jiàn)光條件下的催化效率是純TiO2的3倍。

4、　?。?）鍵形成和鍵弛豫是調(diào)制半導(dǎo)體電子性質(zhì)和光學(xué)行為的有效方法。本文借助于第一性原理研究了Fe,Co,C和H原子摻雜TiO2的電子性質(zhì)。結(jié)果表明，鍵的形成和弛豫可以改變摻雜原子周圍的電荷分布。通過(guò)調(diào)節(jié)雜質(zhì)能級(jí)的數(shù)量、雜質(zhì)能級(jí)的能量和體系的能隙值來(lái)調(diào)制TiO2基光催化劑的電子和光學(xué)行為。進(jìn)一步，將H原子引入到TiO2晶格中，會(huì)增加雜質(zhì)能級(jí)的載流子遷移效率，它不僅能減少電子的躍遷能而且可以抑制光生電子-空穴對(duì)的復(fù)合。Co-C-2H共摻雜體