二氧化钛光催化降解甲醛第一原理的研究

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1、内蒙古师范大学硕士学位论文中文摘要甲醛作为影响人们身体健康的有害物质之一，给人们的带来了许多危害，开发降解甲醛且不造成二次污染的催化剂是当前研究的主要课题。Ti02以其光化学性质稳定、无毒、价廉、催化活性高等优点，在治理污水、降解有机物、净化空气、自清洁、杀菌等方面得到广泛的应用。。光催化剂Ti02具有较宽的带隙，对太阳光的利用率较低，在实验中对光的利用率及Ti02在哪个表面吸附CH：O才是稳定的结构遇到了困难，本文采用基于第一原理的MaterialsStudio程序的Castep(CambridgeSerialTotalEnergyPackage

2、)模块系统的对金红石型Ti02和锐钛矿型Ti02吸附CH20前后最佳吸附方式及对氟掺杂锐钛矿Ti02的空间结构、电子结构等进行了理论探索。首先对锐钛矿型Ti02(001)、(110)和(100)晶面结构，发现(001)晶面能量最低。通过对甲醛吸附到(001)面的6种初始猜测方式的几何优化，发现从甲醛H—C．O侧面吸附方式为最稳定的吸附方式，吸附能最大，发生了化学吸附。吸附后甲醛中C．H键变弱，键长增加，C．O键增强，键长缩短。甲醛中C原子与邻近层Ti和O原子间电子云发生重叠，有新的Ti．O和Ti．C键生成。吸附前后锐钛矿型Ti02(001)能隙从2

3、．6ev降低为2．5ev，光催化吸收波长从476nm增加到495nm。详细研究金红石型Ti02的(001)、(100)、(110)表面，计算分析了电荷密度、态密度图、能带结构。发现(110)表面为吸附甲醛的稳定表面，CH20在金红石型Ti02(1lo)表面的吸附行为是物理吸附。系统探究了F掺杂锐钛矿型Ti02后的电荷密度和态密度图。计算结果表明，F原子取代0原子后，F原子与Ti原子有共价键生成，Ti02的带隙宽度变窄，这样就有可能使Ti02在太阳光下就吸收可见光，提高光催化效率。内蒙古师范大学硕士学位论文关键词：二氧化钛，甲醛，表面，第一原理，吸附

4、内蒙古师范大学硕士学位论文ABSTRACTFormaldehyde，aharmfulsubstance，affectspeople’ShealthandendangeBourliving．ItisoneofthemosthotspotresearchestodegradeFormaldehydewithcatalystandwithoutcausingthesecondarypollution．Ti02withtheadvantagesofstable，nontoxic，inexpensiveandhighcatalyticactivity,itw

5、aswidelyusedintheareaofmanagementofwater,degradationoforganiccompounds，airpurification，self-cleaning，sterilizationandSOon．However,duetoawidebandgapofTi02photocatalyst，whichresultinalowerratefortheutilizationofsunlight，thedifficultieswhichintheexperimentalehowtoimprovetheratefo

6、rutilizationoflightandfindthemoststablestructureduringTi02adsorptionCH20．Inthisstudy,Castepmodule(CambridgeSerialTotalEnergyPackage)ofMaterialsStudioprogramwhichbasedonfirstprincipleswasused，rutileandanataseTi02wastheoreticallyconductedinthebestwayofadsorptionforbeforeandafter

7、adsorptionCH20，resp．ectively．ThespatialandelectronicstructurealsowasanalysisedonfluorinedopedanataseTi02．Themaincontentsofthepaperareasfollow．First，thestructuresof(oo1)，(1lO)and(100)anataseTi02crystalfaceswerediscussed，Itisfoundthattheenergyof(001)crystalfaceisthelowest．Thestr

8、uctureofformaldehydeabsorbedonthe(001)faceofanatasebysixkinds