【摘 要】
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我国是人口大国,也是资源消耗大国,生产和生活排放的大量废物,全靠大自然的降解是不现实的,且有些有机物几乎不可能自然降解,迫切需要大量的光催化剂加速其降解。如何提高二氧化钛在可见光范围内的光催化性能是目前光催化领域的热门课题。本文为铬、硫掺杂锐钛矿相二氧化钛体相性质的研究。用Material Studio软件的CASTEP模块,系统地研究了Cr/S共掺杂锐钛矿型二氧化钛体系的电子结构和光学性质。在4
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我国是人口大国,也是资源消耗大国,生产和生活排放的大量废物,全靠大自然的降解是不现实的,且有些有机物几乎不可能自然降解,迫切需要大量的光催化剂加速其降解。如何提高二氧化钛在可见光范围内的光催化性能是目前光催化领域的热门课题。本文为铬、硫掺杂锐钛矿相二氧化钛体相性质的研究。用Material Studio软件的CASTEP模块,系统地研究了Cr/S共掺杂锐钛矿型二氧化钛体系的电子结构和光学性质。在4at.%、8at.%、12at.%三种浓度下,Cr3+(同时引入一个负电荷)和S2-以置换形式掺杂二氧化钛,计算了各种浓度、掺杂元素及其比例和多种掺杂模型的二氧化钛能带结构和光学性质,并比较分析其对二氧化钛性质的影响。计算表明:(1)掺杂原子处于不同位置,二氧化钛的能带结构和光学性质不同。(2)随着铬原子浓度增大,禁带宽度减小,当浓度为12at.%时,杂质能级与导带连接,禁带急剧变窄,光吸收强度显著增大。随着硫浓度增大,杂质能级变化不大,禁带宽度缓慢减小,光吸收强度稍微增大。(3)随掺杂浓度提高,杂质能级的数量增多、杂质能级位置向导带(Cr掺杂时)或价带(S掺杂时)移动,甚至杂质能级与导带(Cr掺杂时)或价带(S掺杂时)重叠,从而导致带隙变小。在这方面,Cr掺杂比S掺杂较敏感。(4)(8at.%Cr+4at.%S)-TiO2是光吸收性能最佳的铬硫共掺杂成分,其光吸收限λ(光吸收阈值)大于850nm。通过能带结构图分析表明,禁带宽度对光吸收强度影响大,未与价带或导带重叠的杂质能级,尤其是位于禁带中间的杂质能级对光吸收强度影响很小,但可使光吸收限红移。本文的理论计算工作对理解和改进Cr/S共掺杂二氧化钛体系的光催化性能提供了理论依据。
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