文档介绍：谨以此论文献给所有不断给予我关心、支持和帮助的家人、师长和朋友们孙伟伟
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掺杂纳米的制备及掺杂理论的第一性原理研究学位论文完成日期:指导教师签字:答辩委员会成员
翩擀‰学位论文作者签名:剐斜沸签字日期:知年岁月日学位论文作者签名:硎铭伤签字日期:动旮綿日独创声学位论文版权使用授权书签字日期:。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含未获得用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,并同意以下事项:⒀S腥ūA舨⑾蚬矣泄夭棵呕蚧顾徒宦畚牡母从〖痛排蹋市论文被查阅和借阅。⒀?梢越宦畚牡娜ú炕虿糠帜谌荼嗳胗泄厥菘饨屑焖鳎梢采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学”中国学术期刊馀贪电子杂志社”用于出版和编入《中国知识资源总库》,授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ
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掺杂纳米的制备及掺杂理论的第一性原理研究摘要随着世界人口的迅速增长和经济规模的空前扩大,能源紧缺,环境恶化等问题变得日益突出。环境污染的控制与治理及新能源的开发与利用,已经成为影响人类社会发展的两个重大课题。由于能够利用太阳能进行能量转化和污染物降解,半导体光催化技术有望成为解决环境和能源问题的有效方式,并具有重要的现实思义半导体由于具有无毒、价廉、性能稳定和耐腐蚀性等优点而成为现在应用最广泛的光催化剂。然而,从其光催化效率来看,光催化材料还存在一些不足之处:半导体载流子的复合率高,量子效率低;半导体的光吸收波段窄要在紫外区锰艄獾男实偷取R虼耍┐蠊庀煊Ψ段В岣吖獯呋性是光催化材料应用推广所需要解决的主要问题。基于上述问题,本文采用实验和理论相结合的方法对掺杂改性进行了系统深入的研究。首先,通过水热法制备了阴离子和掺杂粉体,利用湎哐苌洹⑼干涞缇怠⒆贤饪杉展馄椎仁侄味愿男头厶褰斜碚鳌然后在实验的基础上,通过第一性原理方法深入研究阴离子掺杂的晶体结构、电子结构、掺杂改性等重要问题,并针对阴离子掺杂存在的问题,提出了阴阳离子共掺杂的理论计算和分析,发现合适的金属非金属共掺杂不但能够扩大的光吸收边界,而且能够有效抑制电子和空穴对的复合。论文的主要成果和结论入如下。制备了粼覶厶濉Q芯勘砻鳎核票傅难肺H耦芽缶偷腡粼佑行б种屏薚Я5某ご螅⑹筎馕毡呓绶⑸煲疲凰孀挪鬘浓度的增加,吸收光谱红移程度增大,可见光吸收强度增加,而紫外光区强度减通过软件中的模块分别建立了替位图湎禢掺杂的锐钛矿模型并进行结构优化和能量计算。研究表明:对于替位杂,胫芪鯰映杉筃态发生分裂,在价带上方引入三条又誓芗叮都跣∥.欢杂诩湎禢掺杂而,间隙胍桓鼍弱;.也●,.Ⅳ
格ü查钬<岷希态下方形成两条成键能级,同时在带隙中引入两条反键能级,带隙减小为:两种粼有问降淖罡咴又誓芗抖即τ诎填充状态,容易成为电子和空穴的复合中心。⑼ü齆与第五副族,鹗艄膊粼由杓疲固逑党氏种行裕实现补偿性共掺,其中疦共掺杂体系改性效果最佳。研究表明:在导带下方和价带上方分别引入蚇态提供的杂质能级,降低了电子跃迁需要的光子能量,使光谱吸收红移;共掺杂后由于电子自补偿作用,费米能级刚好位于又誓芗渡戏剑迷又誓芗洞τ诼畛渥刺梢杂行Ъ跎俚缱雍涂昭ǖ母合,有利于量子产率的提高;分析形成能可知,募尤胗欣谔岣逳掺杂浓度,主要是因为金属掺杂后,引起晶格畸变,从而减少粼幼枇Γ硪环矫妫又适磕艽螅膊粼佑欣谠銮刻逑档奈榷ㄐ浴制备了粼覶厶濉Q芯勘砻鳎核票傅难肺H耦芽缶偷腡粼覶鱿炙毡呓纾直鹞5腡菊魑笥和可见光区的大范围吸收;随着水热时间的增加,双吸收峰的吸收强度增大,而紫外光区·强度减弱。建立了替位图湎禖掺杂的锐钛矿模型并进行结构优化和能量计算。研究表明:对于替位粼覶珻与周围三个原子成键,使发生分裂,在带隙中引入三条深能级,其中两条位于费米能级以下,处于满填充轨道,而第三条为空能级,带隙减小为;对于间隙粼覶湎禖与三个晶格ü查钊呒岷希态下方形成三条成键能级,由于反键轨道能级较高,所以间隙碳引入的多余电子转移到相邻钛原子的轨道,费米能级进入导带底,并在吸收光谱中出现双吸收边界。通过牍勺褰鹗,,,鹗艄膊粼由杓疲浩渲刑嫖隒疢膊粼犹逑党氏肿圆钩ハ窒螅诩鄞ズ偷即仔纬稍又誓芗叮行地减小电子跃迁所需要的能量;而间隙隫共掺杂出现能带简并现象,使费米能级进入导带,并在吸收光谱中出现增强型双吸收边界。关键词:二氧化钛;掺杂;第一性原理;光催化.
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