過(guò)渡金屬與N共摻雜銳鈦礦TiO2光學(xué)性質(zhì)研究.pdf

1、TiO2化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，具有無(wú)毒，高效用，便宜等特點(diǎn)，自從許多環(huán)境污染物在TiO2表面被氧化降解后，已被廣泛應(yīng)用于水和空氣的凈化領(lǐng)域。當(dāng)二氧化鈦的能帶受到光照后，能級(jí)中的電子獲得能量躍遷到導(dǎo)帶，而空穴停留在價(jià)帶。電子和空穴能夠促使在TiO2表面發(fā)生還原反應(yīng)。污染物被分解成二氧化碳和水。然而，由于TiO2的寬帶隙(3.3eV)和特征峰吸收處于紫外區(qū)，紫外光在太陽(yáng)光中只有2％-3％的份額，這限制了TiO2的廣泛應(yīng)用。因此，為了最大限度的利用太

2、陽(yáng)能，最大限度的使其的特征吸收峰紅移，科學(xué)界為之付出了不懈的努力。過(guò)渡金屬摻雜能夠使TiO2的光學(xué)吸收系數(shù)紅移至可見(jiàn)光區(qū)。由于其半填充的離子構(gòu)型，通過(guò)形成新的中間能級(jí)，從而降低TiO2的能帶。雖然過(guò)渡金屬改性的TiO2的光催化活性在可見(jiàn)光區(qū)能得到提高，但對(duì)實(shí)際應(yīng)用它的效率較低。眾所周知，氮摻雜TiO2對(duì)其的光學(xué)性質(zhì)有影響，并且有助于其光催化性能的提高。本文對(duì)氮和過(guò)渡金屬共摻雜TiO2的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。
　　 本文采用第一性原

3、理密度泛函理論超軟贗勢(shì)平面波方法，對(duì)N和過(guò)渡金屬元素R(R=釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅)共摻雜銳鈦礦TiO2的電子結(jié)構(gòu)、二次差分電荷密度、總電荷密度、偶極矩及光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。研究結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光區(qū)域，N和Cr共摻雜銳鈦礦TiO2的光學(xué)吸收系數(shù)與實(shí)驗(yàn)值相符。計(jì)算結(jié)果表明，在可見(jiàn)光區(qū)，N和過(guò)渡金屬元素共摻雜銳鈦礦TiO2有助于光學(xué)吸收系數(shù)的提高。在八種計(jì)算模型中，N和Mn共摻雜TiO2在可見(jiàn)光區(qū)具有最高的光學(xué)吸收系數(shù)。在可見(jiàn)光區(qū)，