文档介绍：江西师范大学
硕士学位论文
非金属掺杂TiO<,2>的光学性质第一性原理研究
姓名:刘刚
申请学位级别:硕士
专业:光学
指导教师:叶志清
20090501
摘要由于具有无毒、化学稳定性好、可循环利用等独有的物理化学特性,所的。然后再对光学性质分析,通过研究光吸收系数、复折射率、介电函数的峰位粼尤耦芽骉寄苁筎墓獯呋沾谝欢ǔ潭壬虾煲疲⒃诳杉馇有一定的吸收系数。掺坏筎奈沾卟煲疲以诳杉馇薪关键词::第一性原理;能带结构;态密度;光学性质;掺杂。以被认为是一种比较理想的光催化材料。但是由于的禁带宽度比较大,因而只能吸收太阳光中的紫外光部分,造成其对太阳光的利用率不高。这也是严重制约其发展的重要原因。掺杂改性是提高光催化活性的主要途径。本文从第一性原理出发,利用计算机计算,研究本征和非金属掺杂的电子结构和光学性质。对非金属掺杂能够实现光吸收带红移作出理论解释,并简单对非金属掺杂作一个总结和比较。为了得到此结果,本文主要作了如下几个工作。首先,计算本征的电子结构和光学性质,先对能带结构、态密度的分析,得出本征的价带主要是由毕椎模即饕J怯蒚毕得出本征光响应区主要在紫外区。这些都为接下来研究非金属掺杂作了充分的准备。其次,本文对粼覶髁讼晗傅姆治觯ü治龅贸鯪掺杂能使能带带间隙减小,介电函数虚部和吸收系数光谱图都向低能区移动,即光吸收带实现红移。这主要是由于蚇的最外层电子的态强烈混合造成价带顶上移,蚑苛夜亓T斐傻即拖乱乒餐饔玫慕峁U馔币参:面分析一些常见的非金属掺杂作准备。最后,本文对、掺杂进行比较分析,结果表明,、大的吸收系数。
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特嘲:暌导师鲐叶钏学位论文作者签名:训,裕签字魄阹月喝签字日期:矽阩月弓】日学位论文作者签名:蟊、独创性声明学位论文版权使用授权书方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地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江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘,允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。C艿难宦畚脑诮饷芎笫视帽臼谌ㄊ
论第一章绪引言研究背景极光腐蚀,且有毒,铁的氧化物会发生阴极光腐蚀,谒胁晃榷ǎ嵩诹应以来,由于稳定、无毒、价格低廉,容易再生和回收利用等优点,在光催化方面得到广泛的研究。特别是在污水降解处理【】和太阳能薄膜电池材料应用中存在锐钛矿⒔鸷焓孱芽志汀0孱芽笮不够稳定,而锐钛矿型比金红石型的光催化活性要好。所以锐钛矿相研究较多。∮的紫外光所激发产生光催化活性。而紫外光的能量仅仅占太阳光的总能量的ィ庋得太阳光的利用率很低【。因此的应用受到严重的限制和发展。目前,研究者大多数是通过过渡金属元素⋯或非金属元素掺杂【可能导致其能带结构发生黾庸赡芗缩小能带问隙两种变化。这两近几十年来,随着工业化的迅速发展和人为破坏,环境问题己成为世界性的课题。由于最近兴起的半导体光催化剂只需在太阳光照的情况下就可以发生催化反应,进而达到除污净化的作用,因此半导体光催化剂在解决环境问题中起着不可替代的作用,吸引了人们越来越多的注意力。常见的半导体光催化材料有、、等。而会属硫化物在水溶液中不稳定,会发生阳子表面生成;谡庑┰蚴沟肨晌1冉侠硐氲墓獯呋牧希哂广泛的发展前景。自从年虷【勘ǖ懒薚谧贤夤庹丈湎掠薪虾玫墓獯呋有着巨大潜力。所以一直受到许多国内外学者的广泛关注和研究。自然界中,有机染料表面修饰,以及贵金属沉积等方法使在可见光区杉庹继艄獾淖苣芰康实现光催化。其中掺杂是一种有效并且易于实现的方法。由于杂质原子的引入,掺杂种变化都能有效减少价带中电子跃迁到导带的能量,从而使它们吸收带红移。金绪论
研究内容研究意义属掺杂起步比较早,研究的比较多,而非金属掺杂研究的不是很多。通过溶胶一凝胶法、粱ā⒋趴亟ι浞ǖ纫恍┦笛榉椒ㄌ峁┐罅渴菟得鱐诓粼后其吸收光谱实现红移的研究较多。而基于量子理论的第一性原理计算方法的理本论文采用基于密度泛函理论钠矫娌ǔ碡褪品椒ǎ晕床粼雍筒粼锐钛矿相的超原胞体系进行几何优化。分别计算掺杂和未掺杂时的能带结构、文研究的内容主要有如下三个方面。研究本征锐钛矿相的电子结构和光学性质。通过对本征的态密度、能带结构、介电函数、复折射率等研究得出一些本征研究粼尤耦