《第一性原理计算 TiO2表面》PDF下载

  • 购买积分:9 如何计算积分?
  • 作  者:刘华忠著
  • 出 版 社:西安:西安交通大学出版社
  • 出版年份:2017
  • ISBN:9787560596808
  • 页数:163 页
图书介绍:作为一种新型的研究手段,第一性原理在材料研究领域有着广泛的应用。本书将利用第一性原理从微观角度探究金红石型TiO2、锐钛矿型TiO2以及TiO2-B等TiO2基光催化材料的活性表面对几种常见有害气体(如HCHO、CO、CO2、NOx、SO2等)的吸附过程与作用机理为例,讨论了TiO2表面/分子作用体系的微观构型、物理化学性质及其表面化学活性,计算了TiO2材料活性面对这些有害气体的吸附作用以及气体分子在该表面的分解与脱附过程,分析了TiO2活性面在降解有害气体时体系的成键、电子结构、体系的构型特点等,得出了TiO2活性面在降解有毒有害气体的内在物理机制,为设计高效能、高稳定性的TiO2 基光催化材料提了供理论依据,并丰富金属氧化物半导体催化剂的基础理论,为进一步改善TiO2基光催化材料的催化活性、开发新型高效TiO2基光催化材料提供了有益的思路与启示。

第1章 绪论 1

1.1 TiO2光催化材料的研究背景 1

1.2 TiO2表面物理化学概况 3

1.2.1 TiO2的晶体结构 3

1.2.2 TiO2的电子结构 5

1.2.3 TiO2的活性 8

1.3 TiO2的光催化过程与影响因素 9

1.3.1 TiO2光催化氧化还原反应的原理 9

1.3.2 TiO2光催化效率的影响因素 12

1.4 TiO2光催化应用的研究进展 14

1.4.1 TiO2光催化制备的实验研究 14

1.4.2 TiO2光催化剂的改性研究 16

1.4.3 TiO2光催化性能的计算研究 17

1.4.4 TiO2光催化剂的表面吸附的计算研究 18

1.4.5 TiO2光催化剂的掺杂改性的计算研究 19

1.5 本书所做的主要工作 22

1.6 本章小结 26

第2章 电子结构理论基础 28

2.1 引言 28

2.2 波恩-奥本海默(BO)近似 29

2.3 密度泛函理论 31

2.4 交换-关联能近似 33

2.4.1 局域密度近似(LDA) 33

2.4.2 广义梯度近似(GGA) 34

2.4.3 杂化泛函 35

2.4.4 LDA+U方法 36

2.5 赝势平面波方法 37

2.6 QUANTUM ESPRESSO程序包简介 40

第3章 甲醛(HCHO)在TiO2表面吸附 42

3.1 引言 42

3.2 计算方法与结构模型 43

3.3 HCHO在金红石型TiO2(110)面的吸附 46

3.4 HCHO在锐钛矿型TiO2(101)面的吸附 48

3.5 HCHO在锐钛矿型TiO2(001)-(1×1)表面的吸附 51

3.6 HCHO在锐钛矿型TiO2(001)-(1×4)重构面的吸附 54

3.7 电子结构分析 57

3.8 振动频率分析 61

3.9 本章小结 62

第4章 甲醛(HCHO)在TiO2-B(100)面的吸附 64

4.1 引言 64

4.2 计算方法与结构模型 66

4.3 清洁的与羟化的TiO2-B(100)面的结构 68

4.3.1 清洁的TiO2-B(100)面 68

4.3.2 羟化的TiO2-B(100)面 69

4.4 HCHO在TiO2-B(100)面的吸附构型 70

4.4.1 HCHO在清洁TiO2-B(100)面的吸附构型 70

4.4.2 HCHO在羟化TiO2-B(100)面的吸附构型 73

4.4.3 覆盖率的影响 78

4.5 HCHO在TiO2-B(100)面的吸附机制 80

4.5.1 TiO2-B(100)清洁表面与羟化表面的电子结构 80

4.5.2 HCHO分子吸附在TiO2-B(100)清洁面与羟化面的电子结构 83

4.6 本章小结 89

第5章 分子在F掺杂的锐钛矿型TiO2(001)面上的吸附 91

5.1 前言 91

5.2 计算方法与结构模型 93

5.3 F掺杂的锐钛矿(001)表面 95

5.4 气体分子的吸附 98

5.4.1 O2的吸附 98

5.4.2 CO的吸附 102

5.4.3 NO的吸附 105

5.4.4 NO2的吸附 109

5.4.5 SO2的吸附 112

5.5 本章小结 116

第6章 总结与展望 118

6.1 主要发现与结论 118

6.2 对TiO2光催化研究领域的展望 123

参考文献 125